地球弓激波中的静电孤立波：性质、特征、寿命与起源

我们基于磁层多尺度（Magnetospheric Multiscale）航天器在十次准垂直地球弓激波穿越中收集的超过两千个双极静电孤立波（ESW）进行了统计分析。我们开发并实施了修正流程，以从测量中重建 ESW 的实际电场、速度及其他性质，其空间尺度通常与电压敏感探头间的空间距离相当或更小。我们确定轴向与自旋平面天线频率响应因子的最优比值约为 1.65/1.8。我们发现地球弓激波中超过 95% 的 ESW 为负极性，并对这些 ESW 的性质进行了深入分析。它们的空间尺度约为 10–100 m，处于 $\lambda_{D}$ 到 $10\lambda_{D}$ 范围内；振幅通常低于几伏特，低于局域电子温度的 0.1；在航天器与等离子体静止系中速度低于几百 km/s，约为局域离子声速量级。ESW 的空间尺度与局域德拜长度 $\lambda_{D}$ 明显相关。振幅为 5–30 V 或 0.1–0.3 Te 的 ESW 出现率为百分之几。ESW 的电场通常相对于局域磁场倾斜，并高度倾斜于激波法向 ${\bf N}$ 传播；超过 80% 的 ESW 在距激波平面 30$^{\circ}$ 内传播。在激波平面内，ESW 通常在距局域磁场投影 ${\bf B}_{\rm LM}$ 到激波平面的几十分度内传播，并优先逆着 ${\bf N}\times {\bf B}_{\rm LM}$ 方向。我们认为负极性 ESW 是离子-离子离子流不稳定性非线性阶段产生的离子相空间空穴。我们估计离子空穴的寿命为 10–100 ms，或就空间距离而言为 1–10 km。