近无碰撞等离子体湍流中的级联与耗散反常
等离子体物理
2018-11-14 v4 星系天体物理
太阳与恒星天体物理
摘要
我们在碰撞率趋于零的极限下，发展了由 Vlasov-Maxwell-Landau 方程控制的动力学等离子体湍流的第一性原理理论。遵循 Onsager 开创的精确重整化群方法，我们证明了在 1 粒子相空间中存在一个尺度的“无碰撞区间”（长度与速度），其中理想的 Vlasov-Maxwell 方程以“粗粒化意义”被满足。然而，该区间内的熵守恒可能因非线性熵级联引起的“耗散反常”而被破坏。我们推导了熵通量的“4/5 定律”型表达式，由此可刻画其非零所需的奇异性（结构函数标度指数）。在無碰撞极限下，质量、动量与能量的守恒定律不受反常传输的影响。然而，在随后的小回旋半径极限中，由于体能量的级联以及相空间内内能的湍流重分布，惯性区能量平衡可能出现反常贡献。在同一极限下，由粒子动量平衡导出的“广义欧姆定律”退化为“理想欧姆定律”，但仅以粗粒化意义，这并不蕴含磁通冻结，并允许在所有惯性区尺度上发生磁重联。我们将结果与基于回旋动力学（高回旋频率）极限的先前理论、数值模拟以及太阳风与地球磁层的航天器测量进行了比较。
引用
@article{arxiv.1803.03691,
title = {Cascades and Dissipative Anomalies in Nearly Collisionless Plasma Turbulence},
author = {Gregory L. Eyink},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.03691},
year = {2018}
}
备注
Several additions have been made that were requested by the referees of the PRX submission. In particular, discussion previously relegated to Supplemental Materials are now included in the main text as appendices