等化层与北极电流中的非马氏离子分布

等化层和北极电流中的强电场可扭曲背景离子分布函数，使其偏离马氏分布。我们采用玻尔兹曼方程和简单BGK碰撞算子开发了碰撞等离子动力学模型，预测了背景电场强度与结果离子分布函数之间相对简单关系。为测试该模型，我们进行3D等离子粒子-in-cell仿真，并将结果与模型进行比较。仿真施加一个假设恒定离子-中性碰撞率的弹性碰撞算子。这些仿真显示在佩尔森方向上离子加热小于解析模型，但整体加热情况相似。由于简单BGK算子未包含离子速度空间中的角向碰撞散射，模型在佩尔森方向上过度估计了加热。相反，完全动力学粒子-in-cell代码能够捕捉离子在3D中的散射物理，因此更均匀地加热离子。虽然简单BGK解析理论不能精确建模非马氏离子分布函数，但它捕捉了整体动量和能量流动，因而可为进一步分析E区波动演化提供基础。