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
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
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
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
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
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
Solar Wind Turbulence and the Role of Ion Instabilities
太阳风可能是研究天体物理等离子体湍流的最佳实验室。除了磁场的存在外，与中性流体各向同性湍流的不同之处在于：碰撞耗散的弱和几个特征空间和时间尺度的存在。本文讨论了从磁流体到电子尺度的大范围内太阳风湍流的观测特性。在MHD尺度下，在惯性范围内，磁涨落的湍流级联主要在垂直于平均场的平面内发展。太阳风湍流本质上是可压缩的。速度涨落谱不服从磁场谱。不同等离子体参数的概率分布函数不是高斯分布，表明存在非线性。目前还没有考虑到惯性范围的所有这些观测特性的全球模型。在离子尺度下，湍流谱发生突变，可压缩性增强，密度涨落谱局部平坦。在离子尺度附近，磁谱是可变的，并且离子不稳定性作为局部等离子体参数的函数发生。在离子和电子尺度之间，似乎建立了一个小尺度的湍流级联。接近电子尺度，波动不再是自相似的：通常观察到指数截止，表明耗散的开始。小尺度级联的性质和可能的耗散机制仍在争论中。
2013-06-22 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
Reconnection outflow generated turbulence in the solar wind
Petschek型含时重联（TDR）和准定常重联（QSR）模型被用来研究太阳风中的重联外流结构和相关的局部湍流特征。我们发现，流出结构，如不连续，开尔文-亥姆霍兹（KH）不稳定的通量管或连续的空间填充流不能区分从一点风测量。在这两种模型中，重连流出都可以产生或多或少的空间扩展的湍流边界层（TBD）。详细研究了一个独特的扩展重联外流的结构。谱标度和破裂位置的分析表明，重联外流可以控制当地的场和等离子体条件，这可能有利于一个或另一个湍流耗散机制，其特征尺度和波数。
2014-11-28 astro-ph.SR physics.space-ph
Turbulence-Level Variations and Magnetic Field Orientations in the Fast Solar Wind
分析了ACE和STEREO A和B上测量的大量快速太阳风流的湍流磁场，以确定当地时间平均磁场方向上的连续性水平的广泛变化的影响。湍流的功率水平，大致定义为功率的横向场的波动归一化到中等规模的平均背景场，严格命令的峰值的位置的概率分布函数（PDF）的本地字段和帕克螺旋之间的角度。结果，湍流功率水平的广泛变化导致湍流的平均功率水平对局部场与帕克螺旋的角度的陡峭依赖性，其中在帕克螺旋的法线附近发现最高湍流水平，并且在帕克螺旋方向附近发现最低水平。适用于间歇性时变湍流的平均交叉场位移的广义准线性估计导致在所有稳定湍流水平下观察到的角度PDF的准确拟合，支持各向同性湍流可以解释观察到的角度PDF的想法。在帕克螺旋方向上或附近的背景场周围的湍流场的轴对称的假设下，根据局部场和背景场之间的角度α的PDF，对局部场和径向方向之间的角度α_r进行建模，也产生了观察到的α_r的PDF的相当好的拟合，从而验证了该假设。最后，我们发现，即使在非常广阔的“单极”快速太阳风流中，局部场反转也是相当常见的。
2013-12-17 astro-ph.SR physics.space-ph
Linking Fluid and Kinetic Scales in Solar Wind Turbulence
我们调查之间的大尺度和小尺度的太阳风波动的频率突破分离流体和动力学制度的功能可能存在的联系。其目的是关联的磁场波动极化在耗散尺度与特定状态的湍流内的惯性范围内的波动。我们发现，在惯性范围内的动力学制度和流体参数的每种类型的极化之间的明确的相关性。此外，第一次在文献中，我们表明，左手和右手的极化波动占据不同领域的等离子体不稳定性的温度各向异性图，如预期的Alfv $\acute{\textrm{e}}$ n离子回旋加速器和动力学Alfv $\acute{\textrm{e}}$ n波，分别。
2016-12-25 astro-ph.SR 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
Solar-Cycle Modulation and Photospheric Magnetic Control of Turbulence in the Young Solar Wind
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；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）
本研究结合帕克太阳探测器观测、数值模拟与遥感数据，揭示太阳活动周内年轻太阳风湍流特性的变化规律，明确其湍流特性与冕洞、活动区等太阳源区的关联。
2026-08-13 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
Kinetic plasma turbulence in the fast solar wind measured by Cluster
本文应用k-滤波技术和波偏振分析方法对星团磁场数据进行处理，研究了快速太阳风中离子回旋半径尺度的等离子体湍流。在这样的尺度下，波的传播方向几乎垂直于背景磁场。这些波在太阳风框架中的频率比质子回旋频率小得多。在确定了各个航天器频率$f_{sc}$处的波矢${\bf k}$后，分析了在垂直于${\bf k}$的平面内的波偏振特性。磁波动具有$δB_\perp>δB_\parallel$（这里的$\parallel$和$\perp$指的是背景磁场${\bf B}_0$）。波磁场在传播角$θ_{\bf kB}<90^\circ$和$>90^\circ$处具有右旋极化。然而，垂直于${\bf B}_0$的平面中的磁场没有明显的主导极化，而是局部旋转。我们讨论的优点和局限性的线性动力学Aflvén波（KAWs）和相干的阿尔文涡的数据的解释。我们认为，快速太阳风湍流可能填充KAWs，小尺度电流片和Alfvén涡在离子动力学尺度。
2013-03-20 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
Solar wind turbulence from MHD to sub-ion scales: high-resolution hybrid simulations
我们提出的结果从一个高分辨率和大规模的混合（流体电子和粒子在细胞质子）的二维数值模拟的衰减湍流。两个不同的光谱区域（在质子尺度上被一个平滑的间断分开）以清晰的幂律标度发展，每个区域占据大约十年的波数。模拟结果同时表现出所观察到的太阳风波动的几个属性：磁流体动力学（MHD）的惯性范围内的磁，动能，和剩余能量谱的谱指数，随着平坦的电场谱，磁压缩性的增加，以及强耦合的级联与密度和平行分量的磁波动在亚质子尺度。我们的研究结果支持的解释，在太阳风大规模的MHD波动自然演变超出质子尺度的湍流制度，是由广义欧姆定律。
2015-04-18 astro-ph.SR 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
A Universal Law for Solar-Wind Turbulence at Electron Scales
行星际磁涨落谱在质子惯性长度和回旋半径以上的尺度上服从柯尔莫哥洛夫幂律，这是一个惯性范围。在这些尺度之下，经常测量$-2.5$附近的幂律指数，并将其与非线性色散过程相关联。最近的观测揭示了在电子惯性长度以下的尺度上的第三个区域。这个区域的特征在于一个陡峭的频谱，有些人称之为耗散范围。我们调查这一范围内的尺度在电子磁流体动力学近似，并推导出一个确切的和普遍的法律为三阶结构函数。这一定律可以预言一个指数为$-11/3$的磁涨落谱，它与观测到的最小尺度谱一致。我们得出结论的可能存在的第三个湍流制度的太阳风，而不是最近假设的耗散范围。
2010-08-20 astro-ph.SR physics.space-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
Ion Charge States in a Time-Dependent Wave-Turbulence-Driven Model of the Solar Wind
在日光层中原位测量的离子分数电荷状态取决于内日冕中等离子体的性质。当离子在太阳风中向外移动，电子密度下降时，电荷状态基本上保持不变或“冻结”。因此，他们可以提供一个强大的约束加热模型的日冕和加速的太阳风。我们已经实现了非平衡电离计算到一维波湍流驱动（WTD）的流体动力学太阳风模型和比较模拟的电荷状态与1994-5年的原位测量。我们已经发现，其中$C^{6+}/C^{5+}$和$O^{7+}/O^{6+}$的模型化电荷状态比与XRD测量相比太低。然而，一个启发式的等离子体流动速度的降低已经能够使建模结果与观察一致，虽然已经提出了其他的想法来解决这个矛盾。我们讨论了我们的研究结果的影响和前景，包括离子电荷态计算到我们的三维MHD模型的内日球层。
2019-01-11 astro-ph.SR physics.space-ph
NIRwave: A wave-turbulence-driven solar wind model constrained by PSP observations
我们生成一个模型描述的太阳风的基础上明确的波湍流驱动的加热机制，并约束我们的模型与观测数据。我们在三维磁流体动力学程序NIRVANA中加入了一个显式的日冕热源项来模拟太阳风的性质。适应的加热机制是基于相互作用和随后的耗散的反向传播阿尔文波在太阳日冕，占湍流加热率Q_p。太阳磁场被假定为一个轴对称偶极子的场强为1 G。我们的模型结果进行了验证，对观测数据的帕克太阳探测器（PSP）。我们的NIRwave太阳风模型重建了太阳风的双峰结构，风速分别为410 km/s和650 km/s。我们的太阳风模型的全球质量损失率是每年2.6e-14太阳质量。尽管实施简化的条件来代表太阳磁场，太阳风参数表征我们的稳态解决方案是在合理的协议与先前建立的结果和经验的限制。从我们的风解决方案的数密度是在很好的协议与导出的经验约束，径向速度和温度的偏差较大。在比较与NIRVANA产生的多方风模式，我们发现，我们的NIR波模型是在更好的协议，我们得到的观测约束。
2023-02-13 astro-ph.SR 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
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
The Violation of the Taylor Hypothesis in Measurements of Solar Wind Turbulence
受即将到来的太阳轨道器和太阳探测器+任务的启发，定性和定量预测违反泰勒假设对在近太阳环境中测量的磁能频谱的影响。合成航天器数据方法被用来预测观测签名的违反临界平衡Alfvénic湍流或平行的快速/哨声湍流。违反泰勒假设可能发生在慢流状态，导致整个频谱向更高频率移动，或在色散状态，其中耗散范围频谱在高频处发生振荡。结果表明，Alfvénic湍流不会显著违反泰勒假设，但哨声湍流会。因此，频谱的平坦化是快速/哨声湍流的关键观测特征。
2014-06-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Nature and Scalings of Density Fluctuations of Compressible MHD Turbulence with Applications to the Solar Wind
太阳风是一种磁化的、湍流的等离子体。它的湍流通常由阿尔夫维尼克波动主导，并且通常被认为在远离太阳的地方几乎不可压缩，如1AU附近的现场测量所示。然而，对于更靠近太阳的太阳风，等离子体$β$减小（通常低于1），而湍流马赫数$M_t$增加（可以接近1，例如，跨音速波动）。这些条件可能会产生明显更强的可压缩效应，其特征是密度波动增强，正如几次空间飞行任务所看到的那样。本文对湍流进行了一系列三维MHD模拟，以了解可压缩湍流的性质，特别是密度波动的产生。我们发现，在等离子体$β$、交叉螺旋度和多方指数的很宽的参数空间范围内，湍流密度涨落的尺度线性地作为$M_t$的函数，其尺度系数对参数的依赖性很弱.此外，通过详细的时空分析，我们表明，密度波动是由低频非线性结构，而不是可压缩MHD本征波。这些结果对于理解可压缩湍流如何有助于太阳附近的太阳风加热可能是重要的。
2022-07-19 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
Conductivity spectrum and dispersion relation in solar wind turbulence
本文从电动力学的观点讨论了太阳风中的磁湍流。这可以基于将所有湍流动力学归因于湍流传导率谱的坡印廷定理的使用来完成。对于两个方向的传播的湍流起伏的电磁场相对于平均加外部磁场的湍流耗散谱的表达式被构造。使用太阳风观测的电磁功率谱密度的惯性子范围，然后允许确定的电导率谱，耗散响应函数，在这个范围内。它要求观测完整的电磁频谱能量密度，包括电功率频谱密度。得到了太阳风惯性范围磁湍流的耗散响应函数和色散关系。色散关系表明空间尺度随频率增加而衰减，为泰勒假设的使用提供了独立的支持。耗散函数表示在惯性范围内的湍流电阻率的近似散粒噪声谱，表明在惯性范围内逐步形成结构，暗示存在离散模式湍流和非线性共振。
2017-01-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron-ion heating partition in imbalanced solar-wind turbulence
本研究通过混合动理学模拟探讨归一化交叉螺旋度对太阳风加热的调控作用，揭示螺旋度屏障效应随非平衡度变化的规律，解释了多种太阳风观测特征。
2024-09-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Subproton-scale cascades in solar wind turbulence: driven hybrid-kinetic simulations
空间等离子体物理学中一个长期争论的问题是太阳风湍流中亚质子尺度波动的性质。在过去的十年中，一系列的理论和观测研究提出了支持动力阿尔文波（KAW）或哨声湍流。在这里，我们调查数值的亚质子尺度湍流级联的典型SW参数的性质，通过前所未有的高分辨率模拟强制混合动力学湍流在两个实空间和三个速度空间维度。我们的分析表明，在这个模型中的小尺度湍流是占主导地位的KAWs在$β\gtrsim1$和较低的$β$的磁声/哨声波动。湍流的光谱特性似乎与理论预测非常一致。这一结果在不同波的阻尼率的相对变化方面的一个试探性的解释。总的来说，结果提出了有趣的新问题的属性和变化的亚质子尺度湍流在SW，包括其可能依赖于等离子体$β$，并呼吁详细和广泛的参数探索驱动动力学湍流在三维空间。
2016-04-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
First Observation of a Polar Coronal Hole-like Fast Solar Wind Stream in the Sub-Alfvénic Solar Corona: an Analysis of Turbulence Properties
University of Delaware（特拉华大学）；Smithsonian Astrophysical Observatory–Harvard & Smithsonian（史密森天体物理台-哈佛与史密森学会）
帕克太阳探测器在亚阿尔文日冕中首次观测到极区冕洞状快速太阳风，发现其湍流已充分发展且高度不平衡，为太阳风湍流演化提供新约束。
2026-09-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Mode Composition Shapes Magnetic Anisotropy in Solar Wind Turbulence
University of California, LA（加州大学洛杉矶分校）
研究揭示太阳风湍流中磁各向异性与压缩模态的关系，为三维湍流cascade提供了新视角。
2025-12-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph 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
Modification of Proton Velocity Distributions by Alfvenic Turbulence in the Solar Wind
本文通过数值求解动力学演化方程，确定了太阳风中的质子速度分布函数。我们比较了考虑外力和库仑碰撞的影响与考虑阿尔芬波湍流影响的结果。我们使用Fokker-Planck扩散项由于Alfvenic湍流，考虑到所观察到的湍流谱和动力学效应的有限质子回旋半径。假设一个位移麦克斯韦质子VDF在模拟边界在14个太阳半径，我们表明，湍流导致一个快速的（在几个太阳半径）发展的反向阳尾质子VDF。我们的研究结果提供了一个自然的解释质子VDFs，这是经常观察到的现场太阳风超过0.3 AU的非热尾。
2013-04-08 physics.space-ph
Large-scale Structure and Turbulence Transport in the Inner Solar Wind -- Comparison of Parker Solar Probe's First Five Orbits with a Global 3D Reynolds-averaged MHD Model
从全球磁流体动力学模型的日华和太阳风的模拟结果进行了比较帕克太阳探测器（PSP）的观测在其前五个轨道。全三维模型是基于与湍流输运方程耦合的平均流量方程。该模型包括电子热传导，库仑碰撞，湍流雷诺应力，并通过湍流级联加热质子和电子的影响。平均湍流能量，交叉螺旋度和相关长度的湍流传输方程求解同时与平均流方程。在日冕底部的边界条件指定使用太阳天气磁图。等离子体，磁场，和湍流参数沿PSP轨迹计算。将前五个轨道的数据汇总，以获得随日心距离变化的趋势。模拟结果与PSP数据的比较显示出良好的协议，特别是平均流参数。磁波动的合成分布的产生，由模型给出的局部均方根湍流振幅的约束。这种计算湍流的属性进行了比较与PSP的观测。
2021-07-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Parallel Electric Field Spectrum of Solar Wind Turbulence
通过对10多个卫星年的THEMIS和Cluster数据的搜索，发现了3个在未扰动太阳风中存在平行电场湍流的可靠实例，这些实例中的垂直和平行电场谱具有相似的形状和振幅，即使在大尺度（频率低于离子陀螺标度）上也是如此，在这些尺度上没有平行电场分量的Alfvenic湍流被认为占主导地位。平行电场波动的频谱是幂律的，其指数在离子标度（~ 0.1 Hz）以下接近-5/3，并且在该频率附近频谱平坦。在小尺度（几Hz以上），光谱比-5/3更陡，值在-2.1到-2.8范围内。这些陡峭的斜率与动力学阿尔芬湍流的预期一致，尽管它们相对于垂直波动的振幅大于预期。
2013-04-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Influence of the heliospheric current sheet on the evolution of solar wind turbulence
利用扩展箱模型（EBM）的MHD模拟方法研究了日球电流片（HCS）对太阳风中Alfvénic湍流演化的影响。模拟结果表明，在HCS附近，湍流的Alfvénicity降低，表现为较低的归一化交叉螺旋度和较大的过剩磁能。数值结果得到了OMNI数据叠加历元分析的支持，表明HCS周围等离子体片内部的归一化交叉螺旋度减小，HCS中心的过剩磁能显著增强。模拟结果表明，HCS周围Alfvénicity的降低是由于径向磁场的减弱和背景磁场中横向梯度的影响。湍流中的磁能过剩可能是由于速度和磁场之间的Alfvénic相关性的丧失以及球形膨胀的太阳风中横向动能相对于磁能的更快衰减的结果。
2022-02-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On the ion-inertial range density power spectra in solar wind turbulence
本文提出了一种与模型无关的第一原理一阶方法，研究了在1天文单位的太阳风离子惯性范围内湍流密度功率谱的形状。在准中性等离子体的离子惯性范围内的去磁离子通过与速度湍流相关的随机均方感应电场的频谱响应于Kolmogorov（K）或Iroshnikov-Kraichnan（IK）惯性范围速度湍流功率谱。维持电准中性的离子引起的湍流密度波动的功率谱密度的变形。太阳风速度湍流中的Kolmogorov惯性范围谱和密度功率谱的观测表明，偶尔观察到的密度功率谱中的尺度限制的颠簸可以追溯到电离子响应。磁功率谱对密度谱的反应是通过破坏压力平衡来实现的。这种方法仍然忽略霍尔电流的贡献，并限于离子惯性范围尺度。虽然在离子惯性尺度的影响范围内的密度和磁湍流谱偏离Kolmogorov或Iroshnikov-Kraichnan，速度湍流保持其惯性范围的形状在这个过程中，光谱平流原来是次要的，但可能成为观察到的特殊外部条件下。分析了WIND观测到的一个个例。我们讨论了这种效应的各个方面，包括受影响的波数尺度范围，依赖于平均流速和波数之间的角度，并为径向膨胀的太阳风流时，假设绝热膨胀在快速太阳风的速度和帕克依赖的太阳风磁场的半径，也可推测的限制湍流源区的径向位置。
2019-02-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Characterization of compressible fluctuations in solar wind streams dominated by balanced and imbalanced turbulence: Parker Solar Probe, Solar Orbiter and Wind observations
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
研究通过分析Wind、Solar Orbiter和Parker Solar Probe的数据，探讨太阳风中压缩性波动的尺度依赖性和与等离子体β值及径向距离的关系，揭示压缩性波动在太阳风加速和加热中的作用。
2026-04-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron and proton heating by solar wind turbulence
将以往的强磁流体动力学（MHD）湍流的加热和输运公式推广到电子和质子的单独的内能方程。包括电子热传导。能量由影响电子和质子的湍流加热提供，并通过碰撞在它们之间交换。与现有的湍流数据的比较表明，当（i）能量交换时间尺度很长，（ii）湍流引起的热量沉积被划分为60%的质子加热和40%的电子加热时，提供了合理的数据解释。热传导，这里确定的经验拟合，在描述电子数据中起着重要作用。
2009-07-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Dependence of 3D Self-correlation Level Contours on the Scales in the Inertial Range of Solar Wind Turbulence
1010 cm尺度下的自相关水平等值线揭示了慢太阳风的三维各向同性特征和快太阳风的准各向异性特征。而1010 cm尺度则接近低频突变（湍流级联的外尺度），特别是在快风中。在太阳风湍流的惯性范围内，自相关水平等值线如何依赖于尺度而表现仍然是未知的。在这里，我们提出了三维自关联函数水平轮廓和它们的依赖性的尺度在惯性范围内的第一次。我们使用2005-2018年期间来自Wind航天器上仪器的1 AU数据。我们显示了三维各向同性的自相关水平轮廓的磁场在惯性范围内的缓慢和快速的太阳风湍流。我们还发现，自相关水平的速度在惯性范围内的轮廓呈现出二维各向异性与伸长的垂直方向和二维各向同性在垂直于平均磁场的平面。这些结果揭示了磁场和速度之间的差异，为在惯性尺度上解释太阳风湍流提供了新的线索。
2019-12-17 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
Density Fluctuation Spectrum of Solar Wind Turbulence between Ion and Electron Scales
我们提出了一个测量光谱指数的离子和电子尺度之间的密度波动在太阳风湍流使用ARTEMIS航天器上的ECONOMIC仪器。在1天文单位的平均光谱指数被发现是-2.75 +/- 0.06，比纯哨声或动力阿尔芬波湍流的预测更陡，但与以前的磁场测量一致。陡峭的光谱也与在此尺度范围内增加湍流能量的不稳定性或阻尼的预期一致。无论是谱指数，也没有平坦化的密度谱离子尺度前被发现依赖于接近压力各向异性不稳定阈值，这表明它们是固有的湍流级联的功能。
2012-05-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The effect of turbulence on the angular momentum of the solar wind
本文利用雷诺平均平均场磁流体动力学理论、湍流输运模拟和Parker Solar Probe观测，量化了湍流对太阳风角动量的修正约为3%-10%且倾向为负，并讨论了其对太阳和恒星自转演化的意义。
2025-05-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Shock Propagation and Associated Particle Acceleration in the Presence of Ambient Solar-Wind Turbulence
这篇综述论文的主题是关于太阳风湍流对激波传播的影响及其对激波中高能粒子加速和传输的后果。当行星际激波扫过湍流的太阳风时，激波表面在不同尺度范围内波动和波纹。本文讨论了在有环境太阳风湍流的情况下，粒子在波纹激波处的加速问题。这强烈影响粒子加速和高能粒子（离子和电子）在激波前沿的传输。特别是，我们指出，上游湍流的影响是至关重要的理解高能粒子在冲击的变化。此外，即使当冲击垂直于平均磁场传播时，预先存在的上游湍流的存在也显著增强了低能带电粒子的冲击附近的捕获，包括入射等离子体的热能附近。预先存在的湍流总是存在于空间等离子体中，它提供了一种有效加速低能粒子和克服激波时众所周知的注入问题的手段。
2021-02-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Compressible magnetohydrodynamic turbulence in the Earth's magnetosheath: estimation of the energy cascade rate using in situ spacecraft data
利用CLUSTER和THEMIS卫星观测数据和可压缩等温磁流体力学湍流的精确定律，首次估算了磁鞘湍流的能量级联率${|ε_C|}$。发现${|ε_C|}$的数量级为${10{^{-13}} J.m^{3}.s^{-1}}$，至少比它在太阳风中的值大两个数量级（在快风中为${10{^{-16}} J.m^{3}.s^{-1}}$）。两种类型的湍流被证明和示出的不可压缩的Alfvénic或magnetosonic-like波动占主导地位。密度波动放大的级联率和空间各向异性相比，不可压缩的Alfvénic湍流。此外，对于可压缩的磁声波动，大级联率被发现主要位于附近的线性动力学不稳定的镜像模式。证明了新的经验幂律，并将${|ε_C|}$与湍流马赫数和内能联系起来。这些新的发现在遥远的天体物理等离子体中具有潜在的应用，而这些等离子体无法进行原位测量。
2017-12-19 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
On the low-frequency boundary of Sun-generated MHD turbulence in the slow solar wind
研究了慢太阳风湍流加热和加速的新方面。本文研究了太阳大气和太阳风中阿尔文波湍流谱下界的物理意义，论证了这一自然参数的意义。通过分析和定量处理的问题，我们表明，截断的波谱从较低的频率侧，这是一个后果的太阳磁场结构和它的周期性变化，结果显着减少的产热和加速率。一个适当的分析与现有的观测数据和缓慢的太阳风启动的情况下考虑的问题的联系。
2012-04-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Anisotropy of Electric Field Fluctuations Spectrum of Solar Wind Turbulence
为了研究太阳风湍流在惯性范围内的功率和谱指数各向异性，我们使用了Cluster航天器在自由太阳风中积累的70个间隔的电场数据。利用小波分析技术计算了电场起伏功率谱，并研究了其谱指数随日心径向与本地平均磁场夹角的变化。我们发现明确的功率和频谱指数的各向异性的频率范围从0.01 Hz到0.1 Hz，与更多的权力在平行波动比垂直。我们还报告了我们的研究各向异性作为一个功能的太阳活动。
2020-09-22 physics.space-ph
A model for the non-universal power-law of the solar wind sub-ion scale magnetic spectrum
本文提出了一个磁化无碰撞等离子体中动力学Alfvén波的唯象湍流模型，该模型能再现在太阳风和地球磁层中观测到的亚离子尺度下的非普适幂律谱，讨论了Landau阻尼引起的沿畸变磁力线的温度均匀化过程，影响相干转移时间并导致临界平衡湍流的子离子幂律谱变陡，其指数对阿尔芬波周期与非线性时标之比敏感。从大尺度弱湍流到小尺度强湍流的转变被捕获，并考虑了非局部相互作用，在陡峭谱的情况下。
2015-11-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Velocity-Space Proton Diffusion in the Solar Wind Turbulence
研究了质子动力学尺度下斜向阿尔芬湍流驱动的太阳风质子的速度-空间准线性扩散。在这些尺度上的湍流波动具有动力学阿尔芬波（KAWs），是有效的切伦科夫共振相互作用的属性。质子扩散通过切伦科夫踢进行，并在速度分布函数（VDF）中形成准线性平台非热质子尾。尾部在速度空间中沿着平均磁场从1 VA延伸到（1.5-3）VA，这取决于频谱中断位置、频谱中断处的湍流幅度和中断后的频谱斜率。产生尾的最有利条件发生在质子热速度和阿尔芬速度大致相同的区域，VTp/VA = 1。在1天文单位处，典型尾的形成时间估计在1-2小时之内，比太阳风膨胀时间短得多。我们的研究结果表明，非热质子尾，在所有的日心距离超过0.3 AU现场观察到的，形成在太阳风本地的KAW湍流。我们还认为，碰撞的尾巴功能-质子束，经常看到的质子VDFs，可以形成在后来的演化阶段的非热尾的飞行时间效应。
2013-04-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A Dynamical Model of Plasma Turbulence in the Solar Wind
一个动力学的方法，而不是通常的统计方法，采取探索的物理机制的非线性能量转移，阻尼的湍流波动，和发展的相干结构的动力等离子体湍流。有人认为，阿尔芬波的线性和非线性动力学是负责，在一个非常基本的水平，等离子体湍流的一些关键的定性特征，区分它从流体动力学湍流，包括各向异性级联的能量和发展的电流片在小尺度。本文提出了弱碰撞太阳风等离子体中动力学湍流的第一个动力学模型，该模型自洽地结合了Alfven波物理和小尺度电流片的发展，并讨论了它的物理意义。这个模型导致一个简化的角度在弱碰撞等离子体的湍流的性质：负责的湍流级联的能量和电流片的形成的非线性相互作用本质上是流体的性质，而无碰撞阻尼的湍流波动和能量注入动力学不稳定性本质上是动力学的。
2015-02-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-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
