湍流太阳风中离子的差异动力学与加热
空间物理
2016-12-21 v1
摘要
太阳风等离子体是由太阳日冕外层以极高速抛射出的完全电离的湍流气体，主要由质子和电子组成，含有少量氦核和丰度显著更低的重离子。由于粒子碰撞几乎可以忽略，太阳风通常不处于热力学平衡状态。这样一个复杂系统必须通过自洽且完全非线性的模型来描述，同时考虑其多组分特性和湍流。我们使用动力学混合 Vlasov-Maxwell 数值代码，在未受污染的太阳风等离子体的典型条件下，再现了向下至离子动力学尺度的湍流能量级联，旨在探索主要离子组分（即质子和 α 粒子）的差异动力学行为。我们展示了不同组分对涨落电磁场的响应是不同的。特别是，观察到 α 粒子相对于质子存在显著的差异加热。有趣的是，这种优先加热过程发生在离子涡度峰值附近以及热力学平衡出现强烈偏离的空间区域。此外，通过将动力学模拟的输出馈入一个顶帽离子谱仪模拟器，我们展示了计划搭载在湍流加热观测者（THOR 任务，欧洲空间局下一次 M4 空间任务的候选项目）上的此类谱仪能够提供详细的三维离子速度分布，突显重要的非麦克斯韦特征。这些结果支持了未来空间任务将使我们能够更深入理解行星际介质物理学的观点。
引用
@article{arxiv.1611.04802,
title = {Differential kinetic dynamics and heating of ions in the turbulent solar wind},
author = {F. Valentini and D. Perrone and S. Stabile and O. Pezzi and S. Servidio and R. De Marco and F. Marcucci and R. Bruno and B. Lavraud and J. De Keyser and G. Consolini and D. Brienza and L. Sorriso-Valvo and A. Retinò and A. Vaivads and M. Salatti and P. Veltri},
journal= {arXiv preprint arXiv:1611.04802},
year = {2016}
}