湍流磁场中宇宙线的平行与垂直输运

对湍流等离子体中宇宙线扩散的正确描述对于许多天体物理和日球层问题至关重要。本文旨在展示宇宙线在实际湍流磁场中的物理扩散行为，该模型已经过数值测试。我们在可压缩磁流体动力学湍流中进行测试粒子模拟。通过追踪粒子轨迹，我们获得了散射系数和空间扩散系数。我们发现俯仰角散射在90°处不存在共振间隙。我们的结果证实了非线性理论所揭示的，对于大多数俯仰角，与可压缩模式的镜像相互作用占主导地位。对于横向场输运，我们的结果与先前预测的大尺度正常扩散一致。扩散行为强烈依赖于阿尔芬马赫数和粒子的平行平均自由程。我们首次数值推导了垂直于平均磁场的扩散系数对M_A^4的依赖关系。我们得出结论，宇宙线扩散系数在亚阿尔芬湍流中是各向异性的，并与局部湍流特性空间相关。在小于注入尺度的尺度上，我们发现宇宙线是超扩散的。我们强调我们的结果在广泛的天体物理过程中的重要性，包括磁重联。