非平衡太阳风湍流中次要离子的极端加热

太阳日冕中的次要离子被加热到远高于电子和质子的极端温度，后者构成了等离子体的主体。这些高度非麦克斯韦分布使次要离子成为探测底层无碰撞加热过程的灵敏探针，这些过程对日冕加热和太阳风的产生至关重要。最近发现的“螺旋度势垒”提供了一种机制，即在低β等离子体中，非平衡的阿尔文湍流优先加热质子而非电子，并产生高频、质子回旋共振的涨落。我们使用混合动力学粒子网格 (PIC) 代码 Pegasus++ 驱动三维低β等离子体中的非平衡阿尔文湍流，并加入额外的被动离子种类 He$^{2+}$ 和 O$^{5+}$。螺旋度势垒自然形成，随后出现清晰的相空间特征，表明存在斜向离子回旋波加热和非平衡阿尔文涨落引起的朗道共振加热。前者产生特征性的弧形离子速度分布函数，线性 AKLP 计算表明其非双麦克斯韦特征是加热的关键。其他特征包括陡峭的过渡区电磁谱、沿非平衡方向传播的回旋离子波、显著增强的质子与电子加热比、相对于磁场显著更垂直的离子温度各向异性，以及符合经验质量标度关系的重离子极端加热。在等效的平衡湍流模拟中，这些特征均不出现。如果在快速太阳风中同时观测到这些螺旋度势垒的特征，将证明在完整的太阳风演化理论中必须包含湍流非平衡性。