Intermittent Dissipation and Local Heating in the Solar Wind
利用ACE航天器的测量数据,获得了磁流体动力学(MHD)湍流动态产生的电流片附近行星际等离子体不均匀加热的证据。这些相干结构只占数据的19%,但贡献了总等离子体内能的50%。间歇性加热表现为电流片附近质子温度的升高,导致区域加热和温度升高持续数小时。发现非高斯结构的数密度与平均质子温度和太阳风速度成正比。这些结果表明,磁流体湍流驱动间歇性耗散通过层次的相干结构,这共同可能是一个重要的来源,日冕和太阳风加热。
2012-03-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Scaling of the electron dissipation range of solar wind turbulence
电子尺度的太阳风湍流是近年来研究的热点。从星团的数据中已经给出了明确的证据,表明湍流在质子尺度附近没有完全消散,而是继续级联到电子尺度。然而,在这些小尺度的能量谱的缩放以及等离子体模式的性质仍然没有完全确定。在这里,我们调查10年的集群搜索线圈磁强计(SCM)的波形测量的太阳风和执行的磁能谱的频率范围[ $1, 180$ ]Hz的统计研究。我们发现,很大一部分的光谱表现出明确的断点附近的电子陀螺仪$ρ_e$,其次是陡峭的幂律光谱。我们表明,电子断点以下的缩放不能明确地确定,由于仪器的限制,将详细讨论。我们比较了我们的结果,最近在其他研究中报道的,并讨论了它们的含义的物理机制和理论建模的能量耗散在SW。
2013-04-06 astro-ph.SR
A turbulence-driven model for heating and acceleration of the fast wind in coronal holes
提出了一个在冕洞中产生快速太阳风的模型,该模型依赖于由在太阳大气中向上传输的MHD波动的湍流耗散主导的加热。尺度分离的输运方程包括大尺度场、横向阿尔芬涨落和由于过渡区附近的平行剪切引起的小的压缩耗散。该模型考虑了质子温度、密度、风速和波动幅度,如在遥感和原位卫星数据中观察到的。
2009-11-27 astro-ph.SR
Modeling Solar Wind Variations over an 11-yr Cycle with Alfvén Wave Dissipation: a Parameter Study
我们研究的行为和性能的太阳风使用2.5维阿尔文波驱动风模式。我们首先系统地比较了阿尔文波(AW)驱动的风模型与多方方法的结果。多变磁流体动力学风模型是热驱动的,而阿尔文波作为阿尔文波驱动模型中的附加加速和加热机制。我们确认,需要一个AW驱动的模型来重现所观察到的双峰慢,快太阳风。我们还能够再现观测到的终端风速和冠源温度与AW驱动的风模式之间的反相关。我们还表明,沿11年周期的风属性显着不同,从一个模型到其他。AW驱动的模型再次显示出与观测数据的最佳一致性。事实上,太阳表面磁场拓扑结构在阿尔文波驱动风模型中起着重要作用,因为它通过坡印亭通量直接进入输入能源。另一方面,多方风模型是由假设的压力梯度驱动的,因此它对表面磁场拓扑结构相对不太敏感。最后,我们注意到,在两个模型中,太阳向下旋转的净扭矩呈现出相同的趋势,这表明多方方法仍然正确地捕捉到了恒星风的本质。
2021-01-27 astro-ph.SR physics.space-ph
Heating and Acceleration of the Fast Solar Wind by Alfvén Wave Turbulence
本文对极冕洞中心磁通量管中的简化磁流体动力学(RMHD)湍流进行了数值模拟。背景大气模型是动量方程的解,并包括波压对太阳风外流的影响。阿尔文波在日冕底部发射,并由于阿尔文速度和外流速度的变化而在不同高度反射。湍流由反向传播的阿尔文波之间的非线性相互作用驱动。结果为两个模型的背景大气。在第一个模型中,等离子体密度和阿尔文速度随高度平滑地变化,导致最小的波反射和低的能量耗散率。我们发现耗散率不足以维持背景大气的温度。耗散率的标准唯象公式显着高估的速率从我们的RMHD模拟,并提出了一个修正的公式。在第二个模型中,我们引入了额外的密度变化沿通量管的相关长度为0.04 $R_\odot$和相对振幅为$10 \%$。这些密度变化模拟了压缩MHD波对Alfvén波的影响。我们发现,这种变化显着增强波的反射,从而湍流耗散率,产生足够的热量,以维持背景大气。我们的结论是阿尔文和压缩波之间的相互作用可能发挥了重要作用的湍流加热的快速太阳风。
2016-02-22 astro-ph.SR
Winds from Luminous Late-Type Stars: II. Broadband Frequency Distribution of Alfvén Waves
我们提出了一个完全非线性的,时间相关的2.5维磁流体动力学(MHD)程序的数值模拟的风从演化的巨星。这项研究扩展了我们以前的完全非线性MHD风模拟,包括一个宽带频谱的阿尔文波驱动风从红巨星。我们计算了四个覆盖整个阿尔文波频谱范围的阿尔文风模型,以表征自由传播和反射的阿尔文波在晚型巨星引力层结大气中的作用。我们的模拟表明,不同于线性阿尔文波驱动的风模型,基于宽带非线性阿尔文波的等离子体加速的恒星风模型,可以一致地再现广泛的观测到的风的径向速度分布,它们的终极速度和观测到的质量损失率。计算出的质量损失率与经验确定的质量损失率的比较表明,从进化的巨人的恒星风的各向异性和时间依赖性。
2010-08-26 astro-ph.GA astro-ph.SR
Cascade and Damping of Alfvén-Cyclotron Fluctuations: Application to Solar Wind Turbulence
磁场的存在将导致各向异性的能量级联和天体物理湍流的耗散。利用扩散近似和线性耗散率,数值研究了太阳等离子体中Alfvén回旋涨落的级联和阻尼。对于各向同性的情况下,稳态湍流谱在惯性范围内几乎是各向同性的,并且可以用谱指数为-3/2的单一幂律函数拟合,类似于Iroshnikov-Kraichnan现象。在磁流体动力学范围之外,动力学效应使光谱在较高波数处变得较软。在耗散范围内,湍流谱在波数处截止,其中阻尼率变得与级联率相当,并且截止波数随波传播方向而变化。各向同性模型的角平均湍流谱类似于破缺的幂律。考虑多普勒效应后,该模型自然地再现了太阳风中幂律湍流谱的破裂,并预测了较高的破裂频率总是伴随着较软的耗散范围谱,这可能是由于湍流强度、等离子体β的倒数和/或太阳风速度与平均磁场之间的夹角的增加造成的。这些预测可以通过与更精确的观测进行详细的比较来检验。
2009-03-27 astro-ph.HE astro-ph.SR
Modeling the turbulent cross-helicity evolution: Production, dissipation, and transport rates
人们已经认识到,湍流交叉螺旋度(速度和磁场波动之间的相关性)可以发挥重要的作用,在几个磁流体动力学(MHD)等离子体现象,如全球磁场的产生,湍流抑制等,尽管其相关性的交叉螺旋度的演变,很少有人注意到湍流交叉螺旋度的耗散率,$ε_W$。本文考虑湍流交叉螺旋度耗散率的模型表达式。在代数模型的基础上,根据非均匀湍流的统计分析理论,提出了$ε_W$的演化方程。采用$ε_W$湍流模型模拟太阳风湍流。将数值模拟结果与卫星观测结果进行了比较。结果表明,就太阳风应用而言,$ε_W$的最简单的代数模型足以阐明太阳风湍流的大尺度空间演化。并讨论了横螺旋度演化对大尺度速度结构(如速度切变和流动膨胀)的依赖性。
2011-07-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Effects of Solar Activity on Taylor Scale and Correlation Scale in Solar Wind Magnetic Fluctuations
利用2001年至2017年期间的高级成分探测器(ACE)、风和星团航天器数据,从两点、单时间关联函数评估行星际磁场波动的关联尺度和泰勒尺度。将关联尺度和泰勒尺度分别与太阳黑子数进行比较,研究了太阳活动对等离子体湍流结构的影响。我们的研究表明,泰勒尺度随太阳黑子数的增加而增大,这表明泰勒尺度与能量级联率呈正相关,太阳黑子数与泰勒尺度的相关系数为0.92。然而,这些结果与水动力耗散理论的传统认识并不一致。一种可能的解释是,在太阳风中,流体近似在耗散区附近的空间尺度上失效。因此,传统的流体动力学湍流理论对于描述太阳风湍流的物理本质是不完整的,特别是在动能耗散尺度附近的空间尺度上。
2020-08-19 astro-ph.SR physics.data-an physics.flu-dyn
Effects of electron drift on the collisionless damping of kinetic Alfvén waves in the solar wind
各向异性Alfvénic湍流的无碰撞耗散是解决太阳风加热问题的一个有希望的候选者。广泛的研究考察了简单麦克斯韦或双麦克斯韦等离子体中阿尔文波的动力学性质。然而,在太阳风中观测到的电子速度分布函数更为复杂。在这项研究中,我们分析了动力学阿尔文波在等离子体中的两个漂移电子布居的性质。我们数值求解线性化的麦克斯韦-弗拉索夫方程组,发现阻尼率和动力学阿尔芬波的质子-电子能量分配显着修改等离子体中,相比没有电子漂移的等离子体。我们认为,电子漂移是一个重要的因素考虑时,考虑的阿尔夫文湍流的耗散在太阳风或其他$β\sim 1$天体物理等离子体。
2015-05-10 astro-ph.SR physics.space-ph
Radial Dependence of the Frequency Break Between Fluid and Kinetic Scales in the Solar Wind Fluctuations
我们调查的径向依赖性的谱中断分离的惯性从耗散范围内的行星际磁场波动的功率密度谱,$0.42$和$5.3$ AU之间,在径向对齐信使和风的内日球层和风和ULYSSES的外日球层之间。我们发现,随着日心距的减小,光谱突变向高频方向移动。相应的波数的径向依赖性是$κ_b\sim R^{-1.08}$的类型,与质子回旋阻尼的线性共振条件导出的波数的径向依赖性很好地一致。这些结果支持的结论,从以前的研究表明,回旋共振耗散机制必须参与到频谱级联与其他可能的动力学noncyclotron-resonant机制。
2014-04-08 astro-ph.SR physics.space-ph
Connecting the Sun and the Solar Wind: The Self-consistent Transition of Heating Mechanisms
我们进行了2.5维磁流体动力学模拟,解决了阿尔芬波在太阳大气中的传播和耗散。阿尔夫文波动被引入到从光球层到太阳风加速区上方的超大模拟箱的底部边界上。我们的模型是从头算的,在初始假设没有日冕和风的情况下,数值实验揭示了准定常解的存在,即从冷大气到热大气的转变和高速风的出现。由此得到的热气流解的全球结构与从观测中推断的日冕和太阳风结构相当一致。本研究的目的是补充Matsumoto & Suzuki(2012)的论文,并描述更详细的结果和分析方法。这些结果包括过渡区的动力学和更精确地测量大气中的加热速率。特别是加热率的空间分布有助于我们在数值模拟中解释实际的加热机制,我们的加热率估算方法是一个很好的测量Alfven波和低β快波耗散的方法。
2014-02-21 astro-ph.SR
Stochastic Heating in the Sub-Alfvénic Solar Wind
本研究利用帕克太阳探测器数据,发现亚阿尔芬太阳风中线性共振加热不足以解释湍流耗散,而随机加热(通过质子磁矩破坏)结合湍流间歇性可解释观测到的离子增能,对低日冕等环境有重要意义。
2025-09-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Wind structure in late-B supergiants
扩展光谱数据集的几个晚B星的光度类Ia揭示了存在类似的特点,在他们的H α配置文件,这可能被解释为偏离球对称,平滑风近似的迹象。由非径向脉动或弱的、大尺度的偶极磁场引起的表面结构可能是在这些恒星的包层中产生风结构的原因。
2009-07-07 astro-ph.SR
Connecting the Sun and the Solar Wind: The First 2.5 Dimensional Self-consistent MHD Simulation under the Alfvén Wave Scenario
太阳风来自炽热而稀薄的日冕。早期使用1.5维模拟的研究表明,在光球中产生的阿尔文波通过非线性模式转换过程在日冕加热中发挥重要作用。为了同时理解日冕加热和太阳风加速的物理学,重要的是将从光球层到行星际空间的区域视为一个单一的系统。我们进行了2.5维,自洽的磁流体动力学模拟,覆盖从光球到行星际空间的第一次。我们在球坐标系下精心设置网格点,处理了密度反差较大的大气中的Alfvén波,成功地模拟了由于地表对流运动而从炽热的日冕中喷出的太阳风。足点运动沿开口磁通量管激发阿尔文波,这些波在非均匀介质中向上传播时经历波反射、阿尔文模到慢模的非线性模转换和湍流级联。这些过程导致阿尔文波的消散和太阳风的加速。结果表明,慢波耗散产生的激波加热是日冕加热过程的基础,而湍流级联和激波加热则是太阳风的驱动力。
2012-01-25 astro-ph.SR
The radial variation of the solar wind turbulence spectra near the kinetic break scale from Parker Solar Probe measurements
在这项研究中,我们研究的惯性和耗散范围指数的径向依赖性,以及分离的惯性和耗散范围的行星际磁场波动的功率密度谱的光谱中断使用{ \it帕克太阳探测器}数据从第五次太阳相遇之间的$\sim$ 0.1和$\sim$ 0.7 au。推导出的破裂波数比较合理,以及与以前的估计在较大的径向距离,是一致的热质子的Alfvénic波动的陀螺共振阻尼。我们发现惯性标度幂律指数在大约-1.65和-1.45之间变化。这与Kolmogorov(-5/3)或Iroshnikov-Kraichnan(-3/2)值一致,具有非常弱的径向依赖性,可能暗示光谱变得更陡峭更接近太阳。然而,耗散范围幂律指数明显依赖于径向距离(和湍流年龄),从0.7天文单位(4天)附近的-3下降到0.1天文单位(0.75天)附近的-4 [ $\pm$ 0.3]。
2022-12-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Global trends in winds of M dwarf stars
M矮星是目前寻找潜在宜居行星的主要目标。然而,它们的风被认为对行星大气有害。在这里,为了更好地了解M矮星的风并推断其物理性质,我们对因阿尔文波耗散而加热的M矮星的风进行了一维磁流体动力学参数研究。这些波是由地表下的对流运动触发的,并沿着磁场线传播。在这里,我们改变风底(色球)的磁场强度和密度,同时保持相同的相对波幅($0.1 B_0$)和耗散lengtscale。我们发现,我们的风很快达到等温温度与质量损失率成正比的基础密度平方。我们比较我们的结果与帕克风模型,并发现,在高β制度,两种模式都同意。然而,在低β状态下,帕克风低估了终极速度约一个数量级和质量损失率几个数量级。我们还发现M矮星的色球可以延伸到恒星半径的18%到180%。我们将我们的模型应用于行星宿主恒星GJ 436,并从X射线观测约束中找到了$\dot{M}<7.6\times 10^{-15}\,M_{\odot}~\text{yr}^{-1}$。这与GJ 436 b的莱曼-α凌日的数值一致,表明光谱行星凌日可以作为研究恒星风性质的一种方法。
2020-03-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Geometry of Magnetic Fluctuations near the Sun from PSP
太阳风磁场波动表现出各向异性,这是由于存在帕克螺线形式的平均磁场。在太阳附近,直到最近发射的帕克太阳探测器(PSP)任务才进行直接测量。各向异性的性质和磁涨落的几何形状在耗散过程和高能粒子在空间中的传输中起着根本性的作用。利用PSP数据,我们提出了测量的几何形状和各向异性的内日球层磁波动,从流体到动力学尺度。结果是令人惊讶的和不同的1au的观察。我们发现,波动演变的特点与大小规模。然而,与1天文单位太阳风,在外部尺度,波动占主导地位的波矢量准平行于当地的磁场。在惯性范围内,平均波矢量变得不那么场对准,但仍然保持比近地太阳风更场对准。在耗散范围内,波矢变得几乎垂直于当地的磁场的耗散范围内,到一个更高的程度比1 AU的观测所表明的。我们建议,这种程度的各向异性降低外尺度和惯性范围是由于太阳日冕外的大尺度强迫的性质。
2021-10-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
SN 2009ip: Constraining the latest explosion properties by its late-phase light curve
根据最近报道的SN 2009 ip的后期光变曲线,我们对SN 2009 ip在2012 b事件中的爆炸和拱星性质进行了约束。在2012 b事件的爆炸能量和喷出的质量估计为0.01 Msun和2 e49尔格,分别。星周介质被假定有两个组成部分:一个内壳层和一个外部风。可能在2012 a事件中产生的内壳具有0.2 Msun。在2012 a事件发生前,大气质量损失产生了外围风,在2012 a事件发生前,大气质量损失速率约为0.1 Msun/yr,风速约为550 km/s。估计的爆炸能量和喷出的质量表明,2012 b事件不是由常规超新星引起的。
2015-04-02 astro-ph.HE astro-ph.SR