快太阳风双流体模型中的 Kappa-Maxwellian 电子与 Bi-Maxwellian 质子

基于动理论对快太阳风进行建模是科学家们的一项重要任务。在本文中，我们提出了一个具有各向异性 Kappa-Maxwellian 电子和 Bi-Maxwellian 质子的快太阳风双流体模型。在模拟中，考虑了等离子体粒子与低频 Alfvén 波之间的能量交换。通过应用 Vlasov 方程的零阶至四阶矩以及修正的电磁 Maxwell 方程，导出了一组十一个耦合方程。Kappa 分布的一个特征（由 $\kappa$ 指数指示）在电子热流平行分量（平行于环境磁力线）的方程中显式体现，并且由于分布性质的不同而不同于由质子热流导出的方程。在较大的 $\kappa$ 指数下，双流体模型的方程趋于由 Maxwellian 分布获得的方程组。使用迭代 Crank-Nicolson 方法，针对快太阳风条件数值求解了这些耦合方程。我们表明，在距太阳 (0.3 - 1) AU 处，电子密度、温度分量和热流分量遵循幂律行为。我们还表明，在近地球处，流动速度（电子或质子）随 $\kappa$ 的减小而增加。我们得出结论，应用小 $\kappa$ 指数（非 Maxwellian 分布），捕捉到了太阳大气的异常性质，其电子温度达数百万开尔文。