大振幅小尺度 Alfvén 波的非线性动力学

我们研究低 $\beta$ 下大振幅、极斜 Alfvén 波，其梯度长度尺度很小，可与离子惯性尺度 $d_i$ 相比。此类波具有大密度涨落，以及来自有限频率和有限离子声半径效应的轻微色散。我们推导了控制波在一维中行为的弱非线性演化方程，并分类了不同 regime 下出现的不同孤子：规则孤子涉及横向磁场的完整旋转，类似于修正 Korteweg-de Vries（mKdV）孤子（在长波极限下我们的非线性方程退化为 mKdV 方程）。然而，对足够小的孤子宽度，部分变为奇异的小振幅孤子，具有密度不连续性，因此预期在真实等离子体中会变得强耗散。这些解可能有助于解释 Parker Solar Probe 在近太阳太阳风中观测到的尖锐离子尺度磁场旋转（switchbacks）的某些方面。