强湍流极限下局域化阿尔芬波包碰撞中的非线性能量转移与电流片发展

在空间和天体物理等离子体中，湍流负责将能量从由剧烈事件或不稳定性驱动的大尺度转移到较小尺度，在较小尺度上湍流能量最终通过耗散机制转化为等离子体热。反向传播的阿尔芬波之间的非线性相互作用，即阿尔芬波碰撞，驱动着这种湍流能量级联，这一点已被早期使用不可压缩磁流体动力学（MHD）方程的工作所认识。近期采用解析计算和理想化周期初始状态下阿尔芬波碰撞的非线性回旋动理学模拟的工作，已经证明了强阿尔芬波碰撞有效地介导能量向更小垂直尺度的转移，并自洽地产生电流片的关键特性。对于两个初始分离的阿尔芬波包之间碰撞的更现实情况，我们使用非线性回旋动理学模拟在此表明，这些关键特性依然存在：强阿尔芬波包碰撞确实促进了能量的垂直级联并导致电流片的形成。此外，演化过程显示，非线性相互作用仅在波包重叠期间发生，随后波包干净地分离，其间磁场变得平直均匀，非线性演化在两次碰撞之间停止，即使在此处展示的、能够分辨超出MHD理论范围的色散和动理学效应的回旋动理学模拟中也是如此。