无碰撞等离子体激波和离子加速的自适应混合模拟

我们提出了一种新颖高效的技术，用于对在太阳附近、太阳系内及更远处频繁观测到的非相对论磁化无碰撞等离子体激波进行混合（动力学离子、准中性流体电子）模拟。这种自适应参考系算法（AFORA）能够在激波参考系中进行等离子体激波及其伴随离子加速的多维模拟，其中激波演化保持准稳态。与移动激波相比，该技术使我们能够将模拟时间和域大小减少到最小，同时实现收敛的激波动力学和能量离子谱。使用事件驱动（异步）混合代码HYPERS，我们在两个空间维度上针对背景磁场相对于激波法线的不同方向演示了这种方法。我们的结果显示模拟激波与行星际（IP）激波的观测结果高度一致。我们验证了不同的激波构型（准平行、斜激波和准垂直）将体等离子体流能量转化为离子加速的效率不同。这些发现强调了高效且稳健的数值算法对于未来三维等离子体激波和离子加速高分辨率模拟的重要性。除了能够实现无碰撞激波的通用高效计算研究外，这项工作还为准确预测由日冕物质抛射（CME）激波产生的太阳高能粒子（SEP）种子群体铺平了道路。种子离子的特征可以用作福克-普朗克模型的输入，该模型模拟离子沿磁力线通过与背景太阳风湍流相互作用的长程输运和加速。