低β动理学湍流中的随机加热及其相空间特征

我们重新审视离子随机加热理论，并研究其与太阳风低β部分相关的动理学湍流中的相空间特征。我们在处理中保留了完整的尺度依赖方法，并考虑电场涨落可用包含 Hall 和热电场效应的广义 Ohm 定律描述的情形。当离子 Larmor 尺度远小于离子惯性长度（$\rho_{\mathrm{i}}\ll d_{\mathrm{i}}$）时，这两项电场项对随机离子加热提供主导贡献，这在 $\beta{\ll}1$ 时成立。利用已知的 Alfvén 波和动理学 Alfvén 波湍流涨落的谱标度律，我们获得了刻画这两种情形下随机加热相关的场垂直粒子能量化率和能量扩散系数的标度关系。随后利用低 β 下连续驱动 Alfvén 湍流的 3D 混合动理学模拟研究离子加热的相空间特征。在这些模拟中，平行于磁场的离子能量化相较于垂直方向可忽略（$Q_{\parallel,\mathrm{i}}\ll Q_{\perp,\mathrm{i}}$），且在 $\beta_{\mathrm{i}}=0.3$ 时有约 75%、在 $\beta_{\mathrm{i}}{\simeq}0.1$ 时有约 40% 的湍流能量转化为离子加热。离子能量化的相空间特征与 Landau 共振无碰撞阻尼以及离子回旋与随机加热的（依赖于 β 的）组合一致。我们证明了我们的理论与随机加热部分相关的各种特征之间良好吻合。我们讨论了间歇性对随机加热的影响，以及我们的工作对太阳风航天器数据中随机加热解释的意义。