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Parker太阳风模型中准热力学气体效应与珠穆朗玛穴流动

太阳与恒星天体物理 2024-12-20 v3 空间物理

摘要

对准热力学气体在Parker太阳风模型和珠穆朗玛穴流动中的效应进行详尽且系统的调查。我们给出支配准热力学气体太阳风加速的可行方程,并给出其精确解析和数值解,并推导其渐近解析特性:(i) 近太阳处,(ii) 远离太阳处,(iii) 靠近Parker声学临界点处(风速等于风中声速)。我们进一步对珠穆朗玛穴准热力学气体流出进行详尽且系统的调查,这些流出构成了太阳风的主要部分。我们将通过考虑单个径向流管并引用现象学考虑来建模珠穆朗玛穴流出,以表示其快速发散的流动几何。我们给出该流出的解析和数值解,并推导其在上述三个流动范例中的渐近解析特性。我们发现,总体而言,准热力学效应会导致Parker声学临界点相对于等温气体情况而言靠近太阳。此外,流动加速度被发现在靠近太阳处呈幂律行为(而非指数律),或在远离太阳处呈对数律行为,尽管气体偏离等温性只有微小偏差,从而暗示幂律行为具有某种鲁棒性。Parker声学临界点被证明仍为X型,从而促进了从亚声速到超声速风流通过跨声速区域的平滑过渡。我们的解析和数值解表明,流管的超径向性会导致Parker声学临界点在气 corona 中更靠近太阳,气体更偏向非等温(准热力学指数 γ\gamma 进一步下降至5/3以下),以及流动加速度也被进一步增强。

关键词

引用

@article{arxiv.2407.06122,
  title  = {Polytropic Gas Effects in Parker's Solar Wind Model and Coronal Hole Flows},
  author = {B. K. Shivamoggi and L. Pohl},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2407.06122},
  year   = {2024}
}

备注

16 pages, 2 figures