Variability of the Incompressible Energy Cascade Rate in Solar Wind Turbulence Around Mars
我们提出了一个不可压缩的能量级联率在火星周围的太阳风的变化的统计分析，充分发展的湍流和超过五年的火星大气和挥发性演变（MAVEN）的观测使用一个确切的关系。利用磁场和等离子体数据，我们计算了原始太阳风中磁流体力学（MHD）尺度下的能量级联率。从我们的统计结果中，我们得出结论，不可压缩的能量级联率随着火星日心距离的增加而减少，对于三个探索火星年的每一个。此外，我们表明，质子回旋波的存在下，与扩展的火星氢散逸层，不具有显着的效果，在MHD尺度的非线性级联的能量。
2022-01-27 physics.space-ph
Interpreting Power Anisotropy Measurements in Plasma Turbulence
本文导出了湍流脉动中功率各向异性与波矢各向异性之间的关系。这可以用来解释等离子体湍流测量，例如在太阳风。如果涨落的形状是各向异性的，那么在平行于和垂直于磁场的方向上的谱中的离子陀螺仪断点将不会在相同的频率处发生，并且对于电子陀螺仪断点也是类似的。当用各向异性湍流理论解释太阳风观测时，这是一个重要的考虑因素。模型磁场功率谱假设一个级联的临界平衡阿尔芬波在惯性范围和动力阿尔芬波的耗散范围。功率各向异性随尺度的变化与现有的太阳风测量进行了比较，并讨论了相似性和差异。
2010-02-22 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Incorporating Kinetic Physics into a Two-Fluid Solar-Wind Model with Temperature Anisotropy and Low-Frequency Alfven-Wave Turbulence
我们开发了一个1D的太阳风模型，其中包括单独的能量方程的电子和质子，质子温度各向异性，碰撞和碰撞的热通量，和低频，反射驱动，阿尔芬波湍流的分析处理。为了划分电子加热，平行质子加热和垂直质子加热之间的湍流加热，我们采用线性波阻尼和非线性随机加热理论的结果。当质子温度各向异性超过任一不稳定性的阈值时，我们通过增加质子俯仰角散射率来解释镜像和倾斜消防水管不稳定性。我们数值积分的模型方程向前的时间，直到达到一个稳定的状态，专注于两个快速太阳风的解决方案。这些解与许多观测结果一致，支持阿尔芬波湍流在太阳风起源中起重要作用的观点。
2011-11-29 astro-ph.SR physics.space-ph
Anisotropy of Solar-Wind Turbulence in the Inner Heliosphere at Kinetic Scales: PSP Observations
太阳风湍流的各向异性是理解日球层尺度间能量传递和场与粒子间能量转换物理的关键问题。使用\emph{Parker Solar Probe}（\emph{PSP}）的测量，我们提出了一个观察的各向异性在动力学尺度上的缓慢，Alfvénic，太阳风的内日球层。\textbf{The magnetic compressibility behaves as expected for kinetic Alfvénic turbulence below the ion scale.}一个陡峭的过渡范围之间的惯性和动力学范围内的所有方向相对于当地的背景磁场方向。发现$k_\perp \gg k_\parallel$的各向异性在过渡区和动力学区都很明显，动力学区的幂次各向异性$P_\perp/P_\parallel > 10$大于过渡区的幂次各向异性，且比1 au的幂次各向异性强.光谱指数在过渡范围内从$α_{t\parallel}=-5.7\pm 1.0$到$α_{t\perp}=-3.7\pm 0.3$变化，在动力学范围内从$α_{k\parallel}=-3.12\pm 0.22$到$α_{k\perp}=-2.57\pm 0.09$变化。相应的波矢各向异性在过渡范围内具有$k_\parallel \sim k_\perp^{0.71\pm 0.17}$的标度，并且在动力学范围内变为$k_\p…
2021-05-15 astro-ph.SR physics.space-ph
Anisotropy of Imbalanced Alfvenic Turbulence in Fast Solar Wind
我们提出了第一次测量的尺度依赖的功率各向异性的Elsasser变量在不平衡的快速太阳风湍流。主要的Elsasser模式在较低的航天器频率是各向同性的，但在较高的频率变得越来越各向异性。次主导模式在整个过程中是各向异性的，但以与尺度无关的方式（在较高频率下）。在通常被认为是惯性范围的范围内，有两个不同的子范围表现出不同的标度。低阿尔芬比和浅标度的次主导Elsasser模式的速度和磁场标度之间观察到的差异的解释。总能量由后者主导。这些结果似乎不能完全解释的不可压缩不平衡MHD湍流的任何现有理论。
2010-12-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A statistical model of three-dimensional anisotropy and intermittency in strong Alfvénic turbulence
我们提出了一个简单的统计模型的三维各向异性，间歇性，强Alfvénic湍流，结合临界平衡和动态对齐。我们的模型是基于沿磁场的Elsasser场增量的对数泊松统计。我们预测的Elsasser-field条件两点结构函数的标度与点分离在所有三个方向上的坐标系的磁场和波动场的方向局部对齐，并获得良好的协议与数值模拟。我们还推导出的波动，$l_\parallel \propto λ^{1/2}$，其中$λ$是垂直尺度的平行相干尺度的缩放。这确实是观察到的大部分波动的数值模拟。
2016-12-14 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar wind magnetic turbulence: Inferences from spectral shape
从理论上解释了太阳风湍流谱斜率的理论、数值和观测测定之间的某些差异。在太阳风磁湍流和磁流体动力学模拟中湍流Kolmogorov斜率的计算显示出微小的差异。这些被用来推断熵产生的湍流级联和推断的异常湍流碰撞频率的耗散范围内，以及平均能量输入太阳风湍流。获得了v < 200 Hz量级的异常湍流碰撞频率。相应的固定太阳风磁能输入到磁湍流中的Kolmogorov惯性范围内得到的数量级为50 eV/s。讨论了它的热命运。
2016-02-27 astro-ph.SR physics.space-ph
Energetic Particle Diffusion In Critically Balanced Turbulence
观测和建模表明，磁化等离子体中的波动表现出尺度相关的各向异性，与平均磁场垂直的波动中的能量比平行波动中的能量多，并且各向异性在较小尺度上增加。在湍流等离子体中粒子输运的全轨道模拟中，还没有研究过各向异性的尺度依赖性。本文根据\cite{GoSr1995}提出的临界平衡湍流模型，采用全轨道模拟方法计算高能粒子的空间扩散系数。该模型使用包络湍流方法，其中波数为$k_\perp$的每个二维波模式被封装到长度为$L$的包络中，遵循临界平衡条件$L\propto k_\perp^{-2/3}$，波模式参数在包络之间变化。使用全轨道粒子模拟，我们发现，平行和垂直的扩散系数增加了一个因素2，与以前的模型与尺度无关的各向异性。
2013-04-19 astro-ph.SR physics.space-ph
Testing for Markovian Character and Modeling of Intermittency in Solar Wind Turbulence
我们目前的统计分析结果的太阳风湍流使用的方法的基础上的理论马尔可夫过程。结果表明，湍流叶栅近似满足Chapman-Kolmogorov方程。我们评估的前两个Kramers-Moyal系数从实验数据，并表明所得到的福克-普朗克方程的解决方案，以及与实验的概率分布。我们的结果表明，存在一个本地传输机制的磁场波动在太阳风湍流。
2008-01-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Power Anisotropy in the Magnetic Field Power Spectral Tensor of Solar Wind Turbulence
我们首次观测到快速太阳风中磁场起伏的功率谱张量的各向异性。在日心RTN坐标系中，张量的每个元素的幂都与磁场和太阳风的速度之间的夹角（θ）以及垂直于速度的平面中的矢量的夹角（θ）有着独特的依赖关系。在湍流理论的标量场描述基础上，在等离子体P（k）坐标系下，推导出了经过航天器的太阳风高速气流对功率谱的几何效应，得到了观测功率谱P（f，θ，θ）。这使我们能够预测在垂直方向上的变化，并将其与数据进行比较。然后，我们将观测值从RTN坐标转换为磁场对齐坐标。所观察到的降低的功率谱张量匹配的理论预测，我们得到在RTN和场对齐的坐标，这意味着我们计算的局部磁场与小波包络函数是一个准确的表示的物理轴对称的湍流，并意味着平均湍流是轴对称的。我们还表明，我们可以从较小但重要的极向分量的湍流的主导环向分量分离，这些具有不同的功率各向异性。我们还得出结论，磁螺旋度是各向异性的，主要是二维的，所产生的波矢量主要局限于垂直于B的平面。
2011-12-01 physics.plasm-ph physics.space-ph
Dynamic anisotropy in MHD turbulence induced by mean magnetic field
本文通过对直接数值模拟结果的分析，研究了在大尺度磁场B 0作用下强磁流体湍流中各向异性的发展。我们的结果表明，速度和磁场的不同分量之间发展的各向异性是垂直速度分量u？以及并联分量uk的能量的前向级联。逆叶栅发展为强B 0，其中流动通过抑制沿磁场的波动而呈现强旋涡结构。通过研究各向异性能谱、能通量和不同尺度间的壳-壳能量传递，详细研究了逆级联和正级联。
2017-06-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Anisotropy of Magnetic Field Spectra at Kinetic Scales of Solar Wind Turbulence as Revealed by Parker Solar Probe in the Inner Heliosphere
利用帕克太阳探测器在日光层内部采集的数据，我们研究了动力学尺度下磁场谱的功率和空间各向异性（即，亚离子尺度左右）在内日球层中的太阳风湍流中。我们发现，磁谱的强各向异性发生在动力学尺度上的最强功率在垂直于当地磁场的方向（形成一个角度θ_B的平均流速）。当θ_B角在90 ° ~ 180 °（或0 °）范围内变化时，磁谱的谱指数在-3.2 ~-5.8之间变化，表明在太阳风湍流中，谱指数在动力学尺度上具有很强的各向异性。使用诊断的基础上的磁螺旋度，我们表明，各向异性的光谱指数可以解释的等离子体模式进行级联在动力学尺度的性质。我们讨论了我们的研究结果，在现有的理论和目前的发展领域。
2022-03-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Solar Cycle Variations of the Anisotropy of Taylor Scale and Correlation Scale in the Solar Wind Turbulence
太阳风湍流的场向各向异性由平行与垂直相关（和泰勒）长度尺度之比量化，由2001-2017年期间的同时两点相关测量确定。结果表明，无论是在太阳活动极大期还是极小期，沿磁场方向的相关尺度最大，垂直于磁场方向的相关尺度最小。然而，泰勒尺度揭示了太阳周期不同阶段的不一致结果。在2001-2004年期间，泰勒尺度在场平行方向上略大，而在2004-2017年期间，泰勒尺度在场垂直方向上较大。用太阳黑子数与各向异性比的相关系数来描述太阳活动对太阳风湍流各向异性的影响。结果表明，泰勒尺度各向异性的相关系数（0.65）大于相关尺度各向异性的相关系数（0.43），表明泰勒尺度各向异性对太阳活动更为敏感。泰勒尺度和相关尺度被用来计算的有效磁雷诺数，这是发现系统大于在磁场平行方向比在磁场垂直方向。太阳黑子数与磁雷诺数各向异性比的相关系数为-0.75。我们的研究结果对于理解太阳风湍流各向异性及其在太阳活动背景下的长期变化具有重要意义。
2021-04-11 astro-ph.SR physics.data-an physics.flu-dyn
Local Anisotropy, Higher Order Statistics, and Turbulence Spectra
相关各向异性是磁流体力学（MHD）中动态出现的现象，它在大尺度平均磁场上产生比沿磁场方向更强的梯度，这种现象在全球和局部都存在，对空间和天体物理等离子体，包括粒子散射和输运，以及湍流理论都有重要意义。本地相关各向异性的属性进一步记录在这里，通过数值实验表明，该效果在更本地化的平均场的估计加强。这个属性的数学公式表明，局部各向异性混合二阶与高阶相关。局部统计估计对高阶相关性的敏感性可以结合这种公式中固有的随机坐标系来理解。我们证明了这一点，在特定的情况下，说明连接到高阶统计显示的灵敏度的局部各向异性相位随机化，从而建立的局部结构函数是不是一个衡量的能量谱。显然，相关各向异性的局部增强是实质性的根本利益，这种现象必须理解的高阶相关性，四阶及以上。
2012-01-19 astro-ph.IM physics.comp-ph physics.plasm-ph
Self-similar signature of the active solar corona within the inertial range of solar wind turbulence
我们量化的尺度的磁能密度的惯性范围内的太阳风湍流看到原位在1 AU相对于太阳活动。在太阳活动最大时，当日冕磁场是动态的和拓扑复杂的，我们发现自相似标度的太阳风，而在太阳活动最小时，当日冕场更有序，我们发现多重分形。这量化的太阳风签名，是直接的日冕起源，并区分它从本地MHD湍流，与定量的影响，我们的理解日冕加热的太阳风。
2007-05-25 physics.flu-dyn physics.space-ph
Cross-field transport and pitch-angle anisotropy of solar energetic particles in MHD turbulence
最近对太阳高能粒子在日光层湍流中传播的模拟也在本讲习班上讨论，研究了俯仰角散射和垂直输运在日光经度上粒子传播中的作用，如多航天器测量（STEREO A/B、ACE、SOHO等）所示。在不同的能量范围内都是1 AU。在某些情况下，颗粒分布的一阶俯仰角各向异性是不可忽略的。本文计算了两种MHD湍流模型（a）3-D各向同性模型和（b）Goldreich-Sridhar提出的各向异性模型，在考虑俯仰角依赖性的非均匀湍流中由于梯度/曲率漂移引起的平均垂直位移。我们发现，在这两种情况下，漂移规模为$(1-μ^2)^2$与余弦的俯仰角$μ$，与以前的模型运输的SEP。这一结果可能会影响SEP通过日光层传播的模型。
2015-12-30 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Near-Sun Streamer Belt Solar Wind: Turbulence and Solar Wind Acceleration
帕克太阳探测器（PSP）的第四个轨道到达日心距离下降到27.9 Rs，使太阳风湍流和加速机制能够在比以前更靠近太阳的地方进行现场研究。的湍流特性被认为是显着不同的PSP的第四次太阳能遇到的入境和出境部分，可能是由于接近日光层电流片（HCS）在出境期间。在HCS附近，在流光带风中，湍流被发现具有较低的振幅，较高的磁压缩性，较陡的磁场谱（谱指数接近-5/3而不是-3/2），较低的Alfvénicity，以及在低得多的频率下的“1/f”突变。这些也是1天文单位时慢风的特征，表明近太阳流带风是典型的慢太阳风。性质的转变发生在距HCS约4°的预测角距离处，这表明在这些距离处，流光带风的全宽约为8°。虽然大多数的Alfvénic湍流能量通量PSP测量的反射驱动的湍流模型所需的太阳风加速是一致的，在流光带的通量显着低于模型预测，这表明额外的机制是必要的，以解释加速的流光带太阳风。
2021-01-01 astro-ph.SR physics.space-ph
Predicted Impacts of Proton Temperature Anisotropy on Solar Wind Turbulence
在弱碰撞太阳风中测量的粒子速度分布经常被发现是非麦克斯韦分布的，但是这些非麦克斯韦分布如何影响太阳风中的等离子体湍流物理仍然没有答案。使用数值解的线性色散关系的碰撞无等离子体的双麦克斯韦质子速度分布，我们提出了一个统一的框架，为四个质子温度各向异性不稳定性，确定相关的稳定本征模，突出不稳定区域的波矢空间，并提出了不断增长的本征函数的属性。从这个框架中获得的物理直觉的基础上，我们解决质子温度各向异性如何影响的\Alfvenic波动的非线性动力学的主导级联的能量从大到小的尺度和如何由质子温度各向异性不稳定性驱动的波动相互非线性相互作用，并与大尺度级联的波动。我们发现大尺度级联的非线性动力学对质子温度各向异性不敏感，并且不稳定性驱动的涨落不太可能引起大尺度级联的不稳定性驱动的涨落或湍流涨落的显著非线性演化.
2015-03-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Generalized similarity in finite range solar wind magnetohydrodynamic turbulence
扩展或广义相似性是湍流的一个普遍存在但尚未得到很好理解的特征，它在有限尺度范围内实现。ULYSSES航天器在太阳极小期的太阳极地通过提供了在快速安静流的理想条件下太阳风中演变的各向异性磁流体动力学湍流的\textit{in situ}观测。我们发现一个单一的广义标度函数的特点，这种有限范围的湍流，是不敏感的等离子体条件。最近异常不活跃的太阳极小期--湍流波动的能量下降了$\sim 2$的一个因素--提供了对这种不变性的测试。
2009-11-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Power and spectral index anisotropy of the entire inertial range of turbulence in the fast solar wind
我们测量的功率和光谱指数的各向异性的高速太阳风湍流的尺度大于外尺度下降到离子gyroscale，从而覆盖整个惯性范围。我们表明，在湍流的外尺度的功率和谱指数近似各向同性。湍流级联在较小尺度下导致功率各向异性，表现为频谱的各向异性标度：接近局部磁场的k^{-5/3}和k^{-2}，与临界平衡的Alfvenic湍流一致。通过使用在不同的径向距离从太阳的数据，我们表明，惯性范围的宽度不随日心距离的变化，并解释这一点，通过计算的径向依赖性的比例外尺度的离子陀螺仪。在最小尺度的惯性范围内，接近离子陀螺仪，我们发现平行于磁场方向的功率增强与垂直功率的减少相一致。这很可能与离子动力学模式的能量注入有关，如消防水龙带不稳定性，也标志着太阳风湍流耗散范围的开始。
2010-02-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Anisotropy of Alfvénic Turbulence in the Solar Wind and Numerical Simulations
我们调查的Alfvénic湍流的各向异性的惯性范围内的缓慢太阳风和驱动和衰减减少磁流体动力学模拟。通过测量两组数据中的各向异性二阶结构函数进行了直接比较。在太阳风中，磁场的垂直谱指数接近-5/3。在强制模拟中，速度接近-5/3，磁场接近-3/2。在衰减模拟中，这两个场都是-5/3。在所有情况下，光谱指数在与局部磁场方向成小角度时变得更陡。我们还表明，当使用的全球，而不是本地的平均场，各向异性缩放的模拟并不总是可以正确地测量。
2011-06-08 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Inertial range magnetic fluctuation anisotropy observed from PSP first seven orbits
太阳风湍流相对于平均磁场是各向异性的。在解释太阳风中的现场湍流观测时，各向异性会导致模糊不清，因为测量中的明显变化可能是由于固有湍流特性的变化，也可能是由于航天器采样方向的简单变化。我们证明了模糊性使用的光谱指数和磁压缩性在惯性范围内观察到的帕克太阳探测器在其前七个轨道从0.1到0.6 AU。为了解开采样方向的影响，我们评估波矢各向异性是否与二维（2D）加平板湍流传输模型一致，并确定在2D与平板组件的功率的分数。我们的研究结果证实，2D加板模型与数据是一致的，2D和板组件之间的功率比取决于径向距离，在2D波动的相对功率变得更小接近太阳。
2021-12-03 astro-ph.SR physics.space-ph
A Detailed Examination of Anisotropy and Timescales in Three-dimensional Incompressible Magnetohydrodynamic Turbulence
当磁流体动力学湍流在大尺度平均磁场存在下演化时，相对于该优选方向发展各向异性。众所周知的趋势是，相对于沿着磁场的方向，垂直于磁场的梯度会发展得更强。这种频谱的各向异性与动力学过程的估计时间尺度的各向异性密切相关，需要重新考虑尺度局部性和频谱转移等基本问题。在这里分析的高分辨率三维模拟的非受迫磁流体动力学湍流允许定量评估的行为理论上相关的时间尺度在傅立叶波矢量空间。我们讨论的非线性时间，阿尔文时间，估计频谱传输率的分布。注意被称为频谱的特殊区域，如二维极限和“临界平衡”区域的潜在意义。一个公式的估计频谱传输方面的抑制因子支持的结论，准二维波动（其特征在于强非线性）是不是一个奇异的限制，但可能在一般情况下，预计作出重要贡献。
2020-05-19 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Bi-Directional Energy Cascades and the Origin of Kinetic Alfvénic and Whistler Turbulence in the Solar Wind
观测到的太阳风中的亚质子尺度湍流光谱提出了湍流如何起源的问题。在太阳静止期对千电子伏高能电子的观测表明，它们可能是驱动湍流的自由能来源。使用粒子在细胞中的模拟，我们探讨如何在高能电子的自由能，释放的电子双流不稳定性驱动韦伯一样的电磁波，激发波波相互作用。因此，动力学Alfvénic波和哨声波都被激发，并通过反向和正向磁能级联演化。
2014-01-01 astro-ph.SR physics.space-ph
Anisotropy of third-order structure functions in MHD turbulence
在太阳风中采用三阶结构函数Y的测度来计算湍流的级联率。在不存在平均场B 0 =0的情况下，Y被认为是各向同性的（径向的），并且与增量的方向无关，因此它的测量直接产生级联速率。对于具有平均场的湍流，如在太阳风中，Y被期望变得更二维（2D），即，具有更大的垂直分量，失去上述简单对称性。为了得到级联率，应该计算Y的通量，这对于单个航天器数据是不可行的，因此测量依赖于关于未知对称性的假设。我们使用磁流体动力学（MHD）湍流的直接数值模拟（DNS）来表征Y的各向异性。我们发现，对于强引导场B 0 =5，二维化程度取决于剪切和伪极化（不可压缩MHD中Alfvén模的两个分量）的相对重要性。各向异性也表现在惯性范围内。Y越是2D，惯性范围沿平行和垂直方向的差异越大。最后，我们检验了这两种方法在观测中的应用，发现这样得到的级联率可能取决于B 0和增量方向之间的角度。这两种方法都产生沿平行方向的消失级联率，与观测相反，表明太阳风湍流的各向异性较弱，我们的DNS。这可能是由于较弱的平均场和/或太阳风膨胀。
2015-04-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Chromospheric turbulence as a regulator of stellar wind mass flux
The University of Tokyo（东京大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM（巴黎萨克雷大学、巴黎西岱大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、天体物理学和分子相互作用实验室）；Nagoya University（名古屋大学）
研究通过一维波驱动风模拟，探讨色球湍流对恒星风质量通量的调节作用，发现抑制色球湍流可使日冕粒子通量增加一个数量级，从而再现日冕磁场强度与质量通量的观测比例关系。
2026-04-22 astro-ph.SR physics.space-ph
Helios 2 observations of solar wind turbulence decay in the inner heliosphere
利用磁流体动力学涨落混合三阶矩的线性标度，估算了膨胀太阳风中湍流级联的能量传递率。1976年，太阳神2号宇宙飞船测量了三个快速太阳风的样本，这些样本来自同一个日冕洞，距离太阳不同。与邻近的缓慢太阳风流一起，这些代表了一个独特的数据库，用于研究未受干扰的太阳风样本中湍流的径向演变。一组直接数值模拟的MHD方程进行格子玻尔兹曼代码FLAME也用于解释。我们表明，湍流能量传递率衰减近似为距离的幂律，并且在快风的情况下，振幅和衰减规律对应于所观察到的径向温度分布。衰减磁流体动力学湍流的磁流体动力学数值模拟结果显示出总耗散的类似趋势，这表明从衰减湍流的角度对观测到的动态进行了解释，对太阳风径向演化的多航天器研究可能有助于澄清黄道太阳风中湍流波动演化的性质。
2023-02-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Monofractality in the solar wind at electron scales: insights from KAW turbulence
本研究通过三维ERMHD直接数值模拟，发现弱KAW湍流在电子尺度呈现单分形性，而强湍流为多分形，为理解太阳风电子尺度尺度不变性提供了新见解。
2023-12-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Common Origin of Kinetic Scale Turbulence and the Electron Halo in the Solar Wind -- Connection to Nanoflares
本文总结了近年来我们在电子速度分布函数中对太阳风动力学尺度湍流和电子晕起源的研究。越来越多的纳米耀斑和微观III型射电暴的观测强烈表明，纳米耀斑和加速电子束在日冕中很常见。基于Particle-in-Cell模拟，我们发现在太阳风中观测到的核晕特征和动力学尺度湍流都是由纳米耀斑加速电子束驱动的电子双流不稳定性的非线性演化产生的。波和粒子之间的能量交换在内日冕中达到平衡，并且当太阳风沿着开放的磁场线逃逸到行星际空间时，湍流和速度分布的关键特征得以保留。观测测试的模型和未来的理论工作进行了讨论。
2016-03-02 astro-ph.SR physics.space-ph
Radial evolution of the wave-vector anisotropy of solar wind turbulence between 0.3 and 1 AU
我们观测了太阳风湍流在波矢空间的功率谱各向异性，并研究了它在行星际空间中随日心距离的变化。为此目的，我们使用的磁场测量的太阳神2号航天器在三个位置之间的0.29和0.9天文单位。基于单星测量数据推导$(k_\parallel, k_\bot)$空间的功率谱密度（PSD）是一项具有挑战性的任务，以前尚未完成。这里，我们根据投影切片定理通过变换从空间关联函数$\rm{CF}_{\rm{2D}}(r_\parallel, r_\bot)$导出谱$\rm{PSD}_{\rm{2D}}$（$\rm{k}_\parallel$，$\rm{k}_\bot$）。我们发现这样构造的PSD在k-空间中主要沿一个脊分布，该脊比$\rm{k}_\parallel$轴更倾向于$\rm{k}_\bot$，这可能表明湍流能量沿$\rm{k}_\bot$方向的优先级联。此外，这个分布的脊被发现逐渐接近$\rm{k}_\bot$轴，随着湍流的外尺度长度变得更大，而太阳风流离太阳更远。在$\rm{k}_\parallel$轴附近，出现了一个较小的光谱分量，可能对应于准平行阿尔夫文涨落。它们对总谱密度的相对贡献随径向距离的增加而减小。这些研究结果表明，太阳风湍流经历了各向异性的级联传输其大部分的磁能向更大的$\rm{k}_\bot$，在惯性范围内的各向异性是径向发展的尺度，是相对远离不断增加的外尺度。
2013-02-04 astro-ph.SR physics.space-ph
Energy Cascade Rate In Compressible Fast And Slow Solar Wind Turbulence
对太阳风湍流惯性范围内的能量级联率的估算，目前大多是在不可压缩磁流体力学（MHD）理论下进行的。在这里，我们超越了近似，包括等离子体压缩性使用一个简化的形式最近推导出的精确的法律可压缩，等温MHD湍流。利用THEMIS/ARTEMIS航天器在快速和慢速太阳风中的现场数据，我们详细研究了可压缩波动在修正不可压缩MHD模型预测的能量级联率方面的作用。特别是，我们发现，能量级联率：i）放大，特别是在缓慢的太阳风; ii）表现出较弱的波动，在空间尺度上，这导致一个更广泛的惯性范围比以前报道的; iii）具有幂律缩放与湍流马赫数; iv）具有较低的空间各向异性水平。太阳风湍流的其他功能进行了讨论，以及与以前的研究，使用不可压缩或启发式（非精确）可压缩MHD模型的比较。
2016-12-07 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar-cycle Variability of Composite Geometry in the Solar Wind Turbulence
本研究利用Wind航天器跨越两个多太阳周的观测数据，通过两种检验方法发现太阳风湍流以二维成分为主，且平板湍流占比随太阳活动增强而升高，为理解太阳风湍流的太阳周变化提供了新依据。
2025-05-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A robust empirical relationship between speed and turbulence energy in the near-Earth solar wind
University of Delaware（特拉华大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of Maryland（马里兰大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院空间研究所）
本文基于近地观测数据，建立了速度与磁流体动力学尺度湍流能量之间的稳健经验关系，为湍流能量估算提供了实用方法，适用于高分辨率测量不可用的情况。
2026-04-10 astro-ph.SR physics.space-ph
The Nature of Subproton Scale Turbulence in the Solar Wind
太阳风中亚质子尺度波动的性质是一个悬而未决的问题，部分原因是可能发生两种类似的电磁湍流：动力学阿尔芬湍流和哨声湍流。然而，这两种可能性有一个关键的质的区别：哨声湍流，不像动力学阿尔芬湍流，在密度波动中的力量可以忽略不计。在这封信中，我们提出了新的观测数据，以及分析和数值结果，调查这种差异。结果表明，第一次，远低于质子尺度的波动主要是动力学阿尔芬湍流，如果存在的话，哨声波动只占总能量的一小部分。
2013-05-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Energy dissipation processes in solar wind turbulence
湍流是由不规则流填充的混沌流态。湍流的耗散是物理学领域中的一个基本问题。从理论上讲，如果没有碰撞，耗散最终无法实现，因此如何在几乎无碰撞的太阳风中耗散湍流动能是一个具有挑战性的问题。波粒相互作用和磁重联是两种可能的耗散机制，但哪种机制占主导地位仍是一个有争议的话题。在这里，我们分析的耗散区域缩放周围的太阳风磁重联区域。我们发现磁重联区域在耗散范围内表现出独特的多重分形标度，而周围的太阳风湍流在大部分时间内表现出单分形耗散过程。这些结果为磁重联点周围的间歇性多重分形耗散区标度提供了第一个观测证据，同时也对基本的能量耗散过程具有重要意义.
2015-12-31 astro-ph.SR physics.space-ph
Co-existence of Whistler Waves with Kinetic Alfven Wave Turbulence for the High-beta Solar Wind Plasma
结果表明，哨声波的色散关系是相同的高或低β等离子体。此外，在高β太阳风等离子体哨声波满足朗道共振与电子的速度小于热速度，因此电力是小的相比，镜力。当哨声通过不均匀的太阳风传播时，垂直波数通过折射增加，从而增加朗道阻尼率。然而，哨声可以生存，因为背景动力阿尔芬波湍流创建一个平台，准线性扩散的太阳风电子分布在小速度。结果表明，当哨声能量密度仅为动力学Alfven波的~10^-3时，哨声引起的准线性扩散速率与KAW相当。因此，非常小的振幅哨声湍流可以有一个显着的后果，太阳风电子分布函数的演变。
2012-08-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Anisotropy of Solar Wind Turbulence between Ion and Electron Scales
在快速太阳风，离子和电子陀螺标之间的湍流的各向异性，直接观察使用多航天器分析技术。二阶结构函数的计算在不同的角度的本地磁场，垂直和平行于平均场的磁起伏。在这两个分量中，与场S_perp成大角度的结构函数值大于小角度S_par：在垂直分量中S_perp/S_par = 5 +- 1，在平行分量中S_perp/S_par > 3，意味着空间各向异性波动，k_perp > k_par。垂直分量的光谱指数在大角度下为-2.6，在小角度下为-3，与临界平衡哨声和动力学阿尔芬波的预测基本一致。然而，对于平行分量，它比-1.9浅，这比动力学Alfven波级联的预测陡得多。
2010-06-27 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence Driving by Interstellar Pickup Ions in the Outer Solar Wind
我们重新审视的问题，如何不稳定的散射的星际拾取离子（PUI）可能会驱动外部太阳风的湍流，以及为什么这种散射释放到波动的能量似乎显着低于标准的双球面预测。我们认为，在散射过程中的环境湍流的新拿起的离子的散射可以导致在一个更球形的分布的PUI，并减少产生的波动能量的水平与湍流强度和核心太阳风加热的观察一致。这种情况意味着一个自我调节机制的运作，保持在PUI主导的太阳风的湍流和加热的观察条件。
2023-01-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection and electron temperature anisotropy in sub-proton scale plasma turbulence
磁化等离子体中亚质子尺度的湍流行为对于全面理解天体物理流（如太阳风）的能量学是非常重要的。我们研究的电子温度各向异性的形成，由于在亚质子尺度波动的湍流衰减使用二维，粒子在细胞（PIC）等离子体模拟与现实的电子质子质量比和引导场的模拟平面。近似幂律形式的涨落功率谱被建立到电子回旋半径量级。在动态磁场拓扑结构，这逐渐放松的复杂性，我们确定的X点场几何的网站上的无碰撞重联的签名。重联点通常与强平行电子温度各向异性的区域有关。连接到重联位点的磁场线的演变拓扑允许在多个空间分离的重联区域处加速的电子的空间混合。这将导致形成多峰的速度分布函数具有很强的平行温度各向异性。在一个三维系统中，支持适当的波矢量，多峰分布函数预计将是不稳定的动力学不稳定性，有助于耗散。所提出的各向异性形成机制也与空间和天体物理系统有关，其中等离子体的演化受到线性温度各向异性不稳定阈值的约束。重联位点的存在导致电子能量增益、非局域速度空间混合和强温度各向异性的形成;这证明了重联在湍流波动消散中的重要作用。
2014-01-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Vlasov simulations of multi-ion plasma turbulence in the solar wind
采用混合Vlasov-Maxwell模拟方法研究了由质子、α粒子和流体电子组成的二维湍流多离子等离子体中动力学效应的作用。在典型的太阳风环境条件下，在湍流衰减的情况下，数值计算结果表明，两种离子的速度分布函数都偏离了典型的热平衡构型。这些非麦克斯韦特征通过对质子和α粒子的温度各向异性的统计分析来量化，在由局部磁场给出的参考系中。各向异性被发现是较高的高磁应力的区域。这两种离子物种表现出优先垂直加热，虽然各向异性是更明显的α粒子，根据太阳风的观测。此外，α粒子的各向异性与质子各向异性相关，并且还取决于两种物质之间的局部差分流。粒子分布函数存在明显的畸变，沿局部磁场方向产生凸起。在这些数值模拟恢复的物理现象再现非常常见的测量湍流太阳风，这表明多离子弗拉索夫模型构成了一个有效的方法来理解复杂的动力学效应的性质在天体物理等离子体。
2012-07-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Inertial-range Turbulence Anisotropy of the Young Solar Wind from Different Source Regions
本文利用帕克太阳探测器前19次相遇数据，研究了来自冕洞、流带和低马赫数边界层的年轻太阳风惯性区湍流各向异性，发现0.3 au以内slab涨落比1 au处更丰富，且方差各向异性随质子等离子体β变化。
2025-07-06 astro-ph.SR physics.space-ph
Constraining Low-Frequency Alfvenic Turbulence in the Solar Wind Using Density Fluctuation Measurements
一个被提出的加热太阳风的机制，从接近太阳到超过10天文单位，调用低频，倾斜，阿尔芬波湍流。由于小尺度斜阿尔芬波（动力阿尔芬波）是压缩的，在太阳风中测量到的密度波动对动力阿尔芬波的振幅设置了上限，因此对太阳风可以被低频阿尔芬湍流加热的速率设置了上限。我们评估这两个冕洞在5太阳半径和在近地太阳风的上限。在这两个半径，上限，我们发现是一致的模型中，太阳风加热低频阿尔文湍流。在1天文单位，从测量的密度波动的湍流加热率的上限是在测量的太阳风加热率的2倍。因此，如果低频阿尔文湍流有助于加热近地太阳风，动力阿尔文波必须是一个主要来源的太阳风密度波动的频率为1赫兹。我们还提出了一个简单的论点，为什么密度波动测量似乎排除模型中，太阳风加热的非湍流高频波"扫“通过离子回旋共振，但与加热的低频阿尔芬湍流兼容。
2009-08-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Observational evidence for solar wind proton heating by ion-scale turbulence
基于2005年至2015年风航天器的现场测量，这封信首次报告了质子温度与太阳风湍流之间明显的尺度依赖关系。质子尺度湍流的统计分析表明，增加螺旋度的幅度对应于陡峭的磁能谱。特别地，在尺度$0.3 \lesssim kρ_p \lesssim 1$上，质子垂直温度和湍流磁能之间存在正的幂律相关性（斜率为$\sim 0.4$），其中$k$为波数，$ρ_p$为质子回旋半径。这些发现提供了质子尺度湍流加热太阳风的证据。它们还提供了对太阳风中湍流耗散物理的洞察力和观测约束。
2020-08-31 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Temporal and Spatial Turbulent Spectra of MHD Plasma and an Observation of Variance Anisotropy
从时间和空间磁涨落谱两个方面分析了MHD湍流的本质。在斯沃斯莫尔球形马克实验（SSX）的MHD风洞中产生了磁湍流等离子体。磁波动的功率被投射到垂直和平行于局部平均场的方向上;这些量的比率显示了方差各向异性的存在，其作为频率的函数而变化。磁，速度和密度谱之间的比较也表明，观察到的湍流的能量主要是由等离子体生产过程中产生的磁场播种。直接空间谱使用多通道诊断构造，并用于与使用泰勒假设转换为空间尺度的频谱进行比较。由于离子惯性长度尺度物理的观察耗散的证据也进行了讨论，以及实验室实验可以发挥的作用，在理解湍流通常研究空间设置，如太阳风。最后，所有的湍流结果显示比较相当不错的霍尔MHD模拟实验。
2014-04-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Imbalanced magnetohydrodynamic turbulence modified by velocity shear in the solar wind
本文研究了背景速度剪切下的不可压非平衡磁流体动力学湍流。使用标度参数，我们表明，湍流级联显着加速时，背景速度切变是强于次主导的Alfv% én波在注入尺度的速度切变。谱输运由背景切变而不是湍流切变控制，形成谱指数为$-1$的Tchen谱。该频谱从注入尺度延伸到次主导波切变等于背景切变的频谱突变尺度。估计的谱突变和功率谱与快速太阳风中的观测结果符合得很好。该机制有助于增强湍流级联和修改$-1$光谱中观察到的快速太阳风与强大的速度切变。这种机制也可以在许多其他天体物理环境中运行，其中湍流在非均匀等离子体流的顶部发展。
2016-10-22 astro-ph.SR physics.space-ph
Observational evidence for self-generation of small-scale magnetic flux ropes from intermittent solar wind turbulence
我们提出了独特的{和额外的}观测证据的自我生成的小尺度相干磁通量绳结构的太阳风。这种结构的持续时间在9和361分钟之间，确定从风在现场航天器测量通过格拉德-Shafranov（GS）的重建方法。事件发生次数平均每年约为3，500次，并具有明显的太阳周期依赖性。我们建立了一个数据库的小规模磁通量绳从二十年的价值风航天器的数据。结果表明，壁面到壁面时间的幂律分布与惯性范围湍流有很好的对应关系，这与相关观测和数值模拟结果相一致。我们还提供了轴向电流密度分布从基于GS的观测分析，这产生了一个非高斯的概率密度函数与数值模拟结果一致。
2018-01-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Proton Heating in Solar Wind Compressible Turbulence with Collisions between Counter-propagating Waves
磁流体湍流被认为在实验室、空间和天体物理等离子体加热中起着至关重要的作用。然而，湍流波动和颗粒动力学之间的精确联系尚未建立。在这里，我们提出了明确的证据等离子体湍流加热诊断波的特点和质子速度分布的基础上，从太阳风测量的风航天器。我们首次报道了在太阳风湍流中同时观测到反向传播的磁流体动力学波。与传统的Alfvén波反向传播的模式不同，在这种新型的太阳风可压缩湍流中，向阳慢磁声波（SMW）会遇到反向阳Alfvén波（AWs）。反向传播的AWs和SWs分别对应于不平衡Elsässer变量的优势和次优势种群。AWs和SMW之间的非线性相互作用推断从一个波的可能的振荡方向和其他的可能的传播方向之间的非正交性。相关的质子显示出双向不对称的光束在其速度分布：向阳光束出现在短而窄的模式和反向阳广泛的延长尾巴。这表明，多种类型的波粒相互作用，即，回旋加速器和朗道共振与AW和SMW在动力学尺度，正在发生联合加热质子垂直和平行。
2015-09-14 astro-ph.SR physics.space-ph
Whistler Wave Turbulence in Solar Wind Plasma
哨声波存在于太阳风等离子体中。这些波具有典型地由分别大于离子陀螺频率和小于离子陀螺半径的频率和长度尺度表征的特征湍流波动。电子惯性长度是哨声波湍流中的一个内在尺度，它将高频太阳风湍流谱划分为小于和大于电子惯性长度的尺度。我们提出了非线性三维，时间相关的，流体模拟哨声波湍流研究它们在太阳风等离子体中的作用。我们的模拟发现，色散哨声模式的演变完全不同的两个制度。虽然色散哨声波效应在大尺度范围内更强，但它们不影响由Kolmogorov样$k^{-7/3}$谱描述的谱级联。相比之下，小尺度湍流波动表现出类似Navier-Stokes的演化，其中特征湍流涡旋表现出典型的$k^{-5/3}$流体动力学湍流谱。利用波速与磁场的均分关系，定量地讨论了哨声波在太阳风等离子体涨落中的作用。
2009-11-11 physics.plasm-ph physics.space-ph
Relaxation Processes in Solar Wind Turbulence
基于整体守恒原理，磁流体力学（MHD）弛豫理论预测存在几个平衡，如泰勒状态或整体动态排列。这些状态通常被视为非常长的时间和大规模的平衡，它只出现在湍流级联终止后。正如流体力学和最近的MHD数值模拟所建议的那样，在湍流级联期间可能会发生松弛过程，这将表现为局部补丁的平衡样配置。使用多航天器分析技术与集群数据相结合，我们计算的电流密度和流动涡度，并首次证明，这些本地化的弛豫事件中观察到的太阳风。这样的事件对等离子体湍流的统计有重要的影响。
2014-06-16 astro-ph.SR physics.space-ph
Three-dimensional simulation of the fast solar wind driven by compressible magnetohydrodynamic turbulence
利用三维可压缩磁流体动力学（MHD）模拟，我们再现了快速太阳风在一个直接和自洽的方式，基于波/湍流驱动的情况下。作为阿尔文扰动在其底部的自然结果，高度压缩和湍流波动产生，导致加热和加速的太阳风。功率谱和结构函数的分析表明，湍流的特点是它的不平衡（在向外阿尔芬波动的意义上）和各向异性的性质。密度波动起源于向外传播的阿尔芬波的参数衰减不稳定性，并在触发湍流的阿尔芬波反射中起着重要作用。我们的结论是，快速太阳风加热和加速的可压缩MHD湍流驱动的参数衰减不稳定性和合成阿尔芬波反射。
2019-07-19 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Dissipation scale lengths of density turbulence in the inner solar wind
了解湍流波动消散的长度尺度是理解弱可压缩磁流体动力学湍流性质的关键。我们使用无线电波长干涉成像观测，测量对内太阳风观测到的遥远宇宙源的散射展宽程度。我们解释这些意见，以确定在日心距离为2.5 - 20.27 $R_{\odot}$范围从$\approx$ 13500到520米的太阳风密度湍流的耗散尺度。我们对$\approx$ 10- 20 $R_{\odot}$的估计表明耗散尺度对应于质子回旋半径。它们与帕克太阳探测器进行的实地观测有关，预计将增进我们对太阳风加速的了解。
2019-01-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Scaling anisotropy with stationary background field in the near-Sun solar wind turbulence
本文利用 PSP 在 0.17 au 的观测和平稳磁场判据，通过高阶结构函数揭示近日太阳风湍流的标度各向异性及其与近地湍流的差异。
2023-03-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Dynamical Age of Alfvénic Turbulence in the Solar Wind
University of Delaware（特拉华大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；University of Maryland（马里兰大学）
本文提出了一种新的太阳风湍流年龄计算方法，考虑了阿伦德湍流特性，分析了不同风流中湍流年龄的变化，揭示了交叉螺旋度对磁流体动力学湍流的影响。
2026-03-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
-8/3 spectrum in kinetic Alfvén wave turbulence: implications for the solar wind
大尺度太阳风湍流的本质在磁流体力学的理论框架中得到了较好的理解。在亚质子尺度下，不同航天器测量的磁能谱与经典湍流预言不符，情况则完全不同：一般报道的幂律指数接近于$-8/3$，而与强湍流和波湍流的预言（分别为$-7/3$和$-5/2$）相差甚远。这种差异被认为是太阳风湍流的主要问题。在这里，我们用弱动力学Alfvén波湍流的非线性扩散模型表明，级联由局部三元相互作用驱动（Passot和Sulem，2019），可以出现幂律指数为$-8/3$的磁谱。该缩放对应于具有遵循规律$k_f \sim (t_*-t)^{-3/4}$的前沿传播的第二类自相似解，其中$t<t_*$。当我们放松通常在湍流中所作的平稳性的隐含假设时，这个解就出现了。理论与观测的一致性可以解释为亚质子尺度太阳风湍流非定常性的证据。
2019-06-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
