Hopf 纤维化的理想弛豫
等离子体物理
2017-10-26 v2
摘要
理想磁流体动力学 (MHD) 弛豫是磁场在保持拓扑结构不变的情况下，重新配置到净力为零的较低能量状态的过程。这是通过将等离子体建模为完美导电的粘性流体来实现的。它是研究等离子体平衡的重要工具，常用于研究聚变装置和天体物理等离子体中的磁位形。我们研究了一个局域磁场通过基于 Hopf 纤维化的拓扑守恒弛豫所达到的平衡，在该纤维化中，磁力线是全部相互链接的闭合圆环。最近在非理想数值模拟中已发现具有这种拓扑结构的磁场。我们的结果表明，任何局域场只有在存在有限外部压力时才能达到平衡，并且对于这样的场，泰勒态是无法达到的。我们发现了一种平衡等离子体位形，其特征是环形区域内的压力降低，且磁力线位于等压面上。因此，该场处于 Grad-Shafranov 平衡。当等离子体从天体物理物体中喷出并随后相对于背景等离子体弛豫时，以及在地球上由例如马歇尔枪产生的等离子体团中，都发现了局域螺旋磁场。这项工作展示了在何种条件下可以达到平衡，并确定了环形凹陷是这种位形的特征。
引用
@article{arxiv.1610.04719,
title = {Ideal Relaxation of the Hopf Fibration},
author = {Christopher Berg Smiet and Simon Candelaresi and Dirk Bouwmeester},
journal= {arXiv preprint arXiv:1610.04719},
year = {2017}
}