强电磁离子回旋波的特性：对准线性、非线性及非共振波粒相互作用的启示
等离子体物理
2023-11-22 v1 地球与行星天体物理
空间物理
摘要
相对论电子与电磁离子回旋（EMIC）波之间的共振相互作用，为外辐射带中这一重要电子群体的有效损失机制。电子散射与损失的扩散机制已在准线性扩散理论框架下被很好地纳入辐射带模型，而非线性机制则主要通过测试粒子模拟进行研究。还存在一种较少被研究的、由 EMIC 波引起的电子非共振散射机制。这三种机制依 EMIC 波与环境等离子体特性之不同皆应存在，但这些机制的出现率此前尚未被量化。本研究对扩散、非线性及非共振电子散射机制中最关键的 EMIC 波包特性进行了统计调查。我们利用 3 年的 Van Allen Probe 观测数据，推导了波幅、波包尺度以及单个波包内频率变化率的分布。我们证明 EMIC 波通常以每个约 个波周期的波包形式传播，且此类波包中约 \% 可达到与 2 至 6 MeV 电子发生非线性共振相互作用的 regime。我们表明波包内 EMIC 频率变化可达中心频率的 \%，对应于其波功率谱中显著的高频尾。我们探讨了这些波包特性对 H 波段 EMIC 波引起的高、低能电子沉降以及准线性与非线性波粒相互作用相对重要性的影响。
引用
@article{arxiv.2311.12243,
title = {Properties of Intense Electromagnetic Ion Cyclotron Waves: Implications for Quasi-linear, Nonlinear, and Nonresonant Wave-Particle Interactions},
author = {Xiaofei Shi and Anton Artemyev and Xiao-Jia Zhang and Didier Mourenas and Xin An and Vassilis Angelopoulos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.12243},
year = {2023}
}