开尔文-亥姆霍兹不稳定性与低杂漂移不稳定性之间的相互作用

空间和天体物理等离子体中的边界层是复杂动力学发生的场所，不同机制在此共存并竞争，最终导致等离子体混合。在本工作中，我们给出了不同边界层的全动理粒子模拟（Particle-In-Cell）模拟，这些边界层具有以下主要特征：速度剪切、密度梯度以及局域于同一位置的磁梯度。特别地，密度梯度的存在驱动了低杂漂移不稳定性（LHDI）的发展，该不稳定性在边界层的发展过程中与开尔文-亥姆霍兹不稳定性（KHI）相互竞争。取决于密度梯度，LHDI 甚至可主导该层的动力学。由于这两种不稳定性在不同的空间和时间尺度上增长，当 LHDI 比 KHI 发展更快时，至少在平面二维情况下会产生逆级联。这一逆级联始于 LHDI 的动理尺度，并生成出 KHI 通常会在其上发展的尺度结构。当这种情况发生时，这些结构可抑制 KHI 本身，因为它们显著影响了底层的速度剪切梯度。我们得出结论：取决于密度梯度、速度跳跃以及边界层宽度，LHDI 在其非线性阶段可成为等离子体混合的主要不稳定性。这些数值模拟表明，LHDI 很可能是水星磁层顶的主导过程。这些结果有望对即将到来的 BepiColombo 观测数据的解释产生直接影响。