复合实测离子速度分布的多束能量矩
等离子体物理
2024-06-19 v3 空间物理
摘要
复合离子分布 fi(v) 已由 NASA 的磁层多尺度任务 (MMS) 测得，并在重联模拟中被发现。一个复杂的分布 fi(v)，例如由基本不相交的部分组成，将被称为多束分布，并建模为若干“束”之和：fi(v) = f1(v) + ... + fN(v)。fi(v) 的速度矩按束逐一计算后求和。fi(v) 的此类多束矩相对于 fi(v) 的常规标准速度矩具有优势，后者仅有一个平均流动速度。例如，一对等大反向的冷粒子束的标准热能量矩非零，尽管每束的热能量为零。因此我们称该热能量为赝热。相比之下，两个或更多束的多束矩没有赝热能量。我们发展了三种不同的分解求和并求多束矩的方法，分别用于 MMS 在白昼侧磁层重联期间测得的多束 fi(v) 以及磁尾重联 PIC 模拟中发现的多束 fi(v)。这三种方法是：目视法，估计每束的速度质心并自洽地确定其密度；k-means 法，将 fi(v) 的粒子表示中的粒子排序为 N (= k) 个簇的最小能量构型；基于拟合 N 个 kappa 函数之和的非线性最小二乘法。计算了多束能量矩并与热能量密度、压力张量、热能量流（热通量加焓通量）、体动能密度、RAM 压力和体动能流的标准矩进行比较。将该新形式体系应用于真实数据，详细展示了多束技术如何为观测空间等离子体的性质提供重要见解。
引用
@article{arxiv.2101.10470,
title = {Multi-Beam Energy Moments of Compound Measured Ion Velocity Distributions},
author = {Martin V. Goldman and David. L. Newman and Jonathan P. Eastwood and Giovanni Lapenta and James L. Burch and Barbara Giles},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.10470},
year = {2024}
}