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
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
Observation of Inertial-range Energy Cascade within a Reconnection Jet in Earth's Magnetotail
地球的磁尾区域为研究等离子体湍流提供了一个独特的环境。本文研究了地球磁尾区由磁重联产生的排气中的湍流。磁谱和速度谱显示对应于惯性范围的宽带波动,Kolmorogov $-5/3$标度,表明一个发达的湍流级联。我们研究的混合,三阶结构函数,并获得一个线性标度的惯性范围内。三阶结构函数的这种线性标度意味着在惯性范围内能量的标度不变级联。Politano-Pouquet三阶分析给出了$\sim 10^{7}~\mathrm{J\,kg^{-1}\,s^{-1}}$的不可压缩能量传递速率的估计。这是四个数量级高于通常在1 AU的太阳风测量值,这表明湍流级联起着重要的作用,在尾部区域的重连事件期间的能量耗散的途径。
2020-10-05 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Threaded-Field-Lines Model for the Low Solar Corona Powered by the Alfven Wave Turbulence
我们提出了一个更新的全球模型的太阳日冕,包括过渡区。我们利用光球磁场测量数据模拟了三维磁场,并假设磁流体动力学(MHD)阿尔文波湍流及其非线性耗散是加热日冕等离子体和驱动太阳风的唯一源。在封闭场区,平衡湍流中的耗散效率提高。在冕洞中,我们考虑了向外传播的波的反射,这是伴随着较弱的反向传播波的产生。非线性级联率在强烈不平衡湍流中降低,从而导致更冷的冕洞。所提出的模型的显着特点是低电晕的描述为几乎稳态的低β等离子体运动和热通量沿磁场线传输。我们跟踪磁场线通过每个网格点的下边界的全球日冕模型,选择在一些日心距离,$R=R_{b}\sim1.1\ R_\odot$远高于过渡区。从一维等离子体运动方程和热输运方程以及Alfvén波传播方程可以很容易地解出沿磁场线的等离子体参数,这些方程充分描述了低日冕中日心距离范围$R_{\odot}<R<R_{b}$内的物理现象。通过将该模型与$r=R_{b}$上的全MHD全局电晕模型相结合,我们找到了全局解,并在$\sim200$内核上实现了模型的超实时性能。
2020-11-18 astro-ph.SR physics.space-ph
On the Existence of the Kolmogorov Inertial Range in the Terrestrial Magnetosheath Turbulence
在太阳风中,磁场波动的功率谱密度(PSD)在惯性范围内通常遵循所谓的柯尔莫哥洛夫谱f^-5/3,在惯性范围内,动力学被认为是由反向传播的不可压缩阿尔文波群之间的非线性相互作用主导的。这些特征被认为在空间等离子体中普遍存在。本研究给出了一个新的和更复杂的图片磁流体动力学(MHD)湍流中观察到的地球磁鞘。该研究使用来自星团任务的三年原位数据,以探索磁鞘内不同位置(包括侧翼和太阳下区域)MHD尺度的磁波动性质。研究发现,在MHD尺度下,磁场波动的功率谱密度(PSD)一般都接近f^-1(比柯尔莫哥洛夫功率谱密度(PSD)的f^-5/3要浅),直到离子特征尺度,这让人想起了太阳风湍流的能量包含尺度。Kolmogorov谱仅在17%的分析时间间隔内从弓形激波向侧翼和磁层顶区域观察到。测量的磁压缩性,它表明,只有一小部分(35%)的观测到的柯尔莫哥洛夫谱填充剪切阿尔夫维尼奇波动,而大多数的事件(65%)被发现占主导地位的可压缩磁声类波动,这与众所周知的湍流性质的太阳风。这项研究首次全面介绍了f^-1的起源和向柯尔莫哥洛夫惯性范围的过渡;这两个问题在太阳风湍流中仍然存在争议。
2016-12-28 astro-ph.SR physics.space-ph
Alfven Wave Turbulence and Perpendicular Ion Temperatures in Coronal Holes
当湍流振幅足够大时,低频阿尔芬波湍流导致离子轨迹变得混乱或“随机”。随机轨道使离子能够从湍流中吸收能量,即使当波动频率太小而无法发生回旋共振时,也会增加垂直离子温度。在本文中,一个解析表达式的随机加热率结合观测约束湍流模型得到的解析公式的垂直离子温度作为日心距离r,离子质量和离子电荷的函数在冕洞的r值之间的2和15太阳半径(Rs)。得到的温度分布提供了一个很好的适合质子和OVI离子在2Rs < r < 3Rs的紫外电晕光谱仪(UNOPS)的观察。随机加热也提供了一个自然的解释几个详细的特征的UVI观测,包括优先和各向异性加热的次要离子,快速径向增加的OVI温度之间的1.6 Rs和1.9 Rs,和突然平坦的OVI温度曲线r增加超过1.9 Rs。
2010-06-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Coronal Heating, Weak MHD Turbulence and Scaling Laws
在约化磁流体力学(RMHD)的框架内,进行了长时间的高分辨率模拟日冕环的动态,以了解日冕加热由锚定在光球中的磁力线运动驱动。我们明确地确定MHD各向异性湍流的物理机制,负责运输的能量从大尺度,能量注入光球运动,到小尺度,在那里它被耗散。由于环路参数的变化,不同的制度的湍流发展:强湍流被发现为弱轴向磁场和长的环路,导致在垂直方向上的柯尔莫哥洛夫光谱,而较弱和较弱的制度(陡峭的总能量谱斜率)被发现为强轴向磁场和短的环路。因此,我们预测,缩放的加热速率与轴向磁场强度$B_0$,这取决于总能量的光谱指数为给定的环路参数,必须从$B_0^{3/2}$弱场$B_0^{2}$强场在给定的纵横比。预测的加热率是在较低的范围内观察到的活动区和安静的太阳日冕能量损失。
2007-07-15 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence dynamics and flow speeds in the inner solar corona: Results from radio-sounding experiments by the Akatsuki spacecraft
本研究利用Akatsuki航天器2021年金星-太阳会合期间的无线电探测数据,结合地面站X波段信号分析与EUV观测,探究内日冕太阳风湍流与流速,发现该区域太阳风速度高于预期,为内日冕研究提供新见解。
2023-08-24 astro-ph.SR physics.space-ph
Emergence of two inertial sub-ranges in solar wind turbulence: dependence on heliospheric distance and solar activity
本文通过分析太阳极小期和极大期的太阳风磁场谱与峰度标度律,发现极小期快速太阳风惯性区间存在$f^{-3/2}$和$f^{-5/3}$两个子区间,其拐点尺度随日球层距离演化并与湍流外尺度和离子尺度相关,而极大期该结构不普遍存在。
2025-02-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-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
Turbulence, intermittency and cross-scale energy transfer in an interplanetary coronal mass ejection
本文利用Wind卫星数据研究ICME中的MHD湍流,通过谱指数、平坦度标度指数和三阶矩标度律验证湍流充分发展,并发现ICME鞘层内能量传输率异常高且间歇性增强。
2022-12-13 astro-ph.SR 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
Prevalence of non-standard collapsing of strong Langmuir turbulence in solar corona plasmas
本文通过全动理学模拟研究太阳日冕中强朗缪尔湍流的完整生命周期,发现约80%波包因邻近作用呈现非标准坍缩、约70%能量因空腔过浅而逃逸,揭示了非标准朗缪尔坍缩在日冕等离子体中的重要作用。
2024-06-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph