质子尺度下基于精确动力学平衡的Kelvin-Helmholtz不稳定性

Kelvin-Helmholtz不稳定性是普通流体和等离子体中普遍存在的物理过程，在空间环境中也常被观测到。本文通过混合Vlasov-Maxwell模拟，研究了磁化无碰撞等离子体中Kelvin-Helmholtz不稳定性在非线性与湍流阶段的质子尺度动力学效应。本工作的主要目标是指出随着能量沿湍流级联到达动力学尺度，此种不稳定性演化所触发的对粒子的反作用。有趣的是，当Kelvin-Helmholtz不稳定性在并非精确平衡态的初始态上发展时，湍流受到抑制。另一方面，当考虑初始平衡条件时，能量可有效向短尺度传输，到达典型质子波长并驱动粒子动力学。作为粒子与湍流涨落场相互作用的结果，质子速度分布明显偏离局域热力学平衡，偏离程度随系统中湍流水平增加而增大，并位于强磁应力区域附近。这些数值结果支持了Magnetospheric MultiScale任务近期关于地球磁鞘中由湍流动力学驱动的离子动力学效应（Perri等，2020，JPlPh，86，905860108）以及地球磁层中由Kelvin-Helmholtz不稳定性驱动的效应（Sorriso-Valvo等，2019，PhRvL，122，035102）的空间观测。