空间等离子体中湍流与质子微观不稳定性增长的相互作用

大量先前的研究表明，随着质子 beta 的增加，观测到的质子温度各向异性值的范围变窄。这种效应通常被归因于动力学微观不稳定性的作用，因为观测数据的分布与 beta-各向异性平面上恒定不稳定性增长率的等值线相吻合。然而，不稳定性的线性 Vlasov 理论假设扰动在均匀背景中增长。线性微观不稳定性理论的既有成功表明，在极端温度各向异性区域，条件可能保持足够长时间的均匀，使得不稳定性有机会增长到足够的幅度。另一方面，湍流本质上是非均匀且非线性的。湍流等离子体中产生的薄电流片和其他相干结构，可能足够快地破坏均匀性。因此，间歇性和相干结构的存在是有利于还是不利于不稳定性，并非先验显而易见。为了解决这个问题，我们研究了湍流等离子体中与质子温度各向异性驱动的微观不稳定性相关的增长率以及局部非线性时间尺度的统计分布。平均而言，线性增长率大大低于局部非线性速率。然而，在温度各向异性极端值的区域，即质子温度各向异性-平行 beta 平面中数据填充部分的“边缘”附近，不稳定性增长率与湍流时间尺度相当或更快。这些结果为线性理论为何能在限制各向异性和等离子体 beta 的等离子体偏移中发挥作用提供了一个可能的答案。