亚临界快磁声波激波波前上稳定表面波的 PIC 模拟

我们利用粒子在胞（PIC）模拟研究了快磁声波激波的稳定性。它们在无碰撞等离子体和一个与 2D 模拟所分辨方向之一正交的磁场中扩展。激波速度为快磁声波速度的 1.6 倍，当其进入移动离子密度降低的层时，在 1D 模拟中激波速度降低达 15%。在 2D 模拟中，层中移动离子密度沿垂直于激波法线的方向正弦变化。我们分辨了一个正弦周期。该变化仅导致激波速度的微小改变，证明存在抵抗激波变形的恢复力。随着激波穿过该层，离子密度沿激波波前逐渐呈空间调制，且磁场在移动离子密度最低处鼓出。受扰激波最终达到稳态。一旦离开该层，离子密度与磁场的扰动沿波前以接近低混杂频率的频率振荡；激波由斜向传播的低混杂波构成的驻波所维系。我们进行了三个沿激波波前具有不同盒长的 2D 模拟。激波波前振荡在离子密度变化最快的最小盒中为非周期阻尼，在中等盒中强阻尼，在最大盒中弱阻尼。激波波前振荡在上下游数个电子惯性长度的空间区间内扰动磁场，并可能产生沿激波磁场过冲传播的哨声波。类似波动已在混合与 PIC 模拟以及 MMS 卫星任务中被观测到。