平均磁层中薄丝的纯交换振荡

本文描述了薄磁丝中波长极长的磁层波。我们考虑一种电离层电导为零的平均磁层位形，并用两种不同表述计算波：经典交换理论与理想 MHD。本文详细发展的经典交换理论基本上是解析的，计算上相对直接，但无法提供很高精度。两种形式体系在等离子体片与内磁层均吻合良好。本征频率跨度约七倍，但两种表述通常一致，交换频率与 MHD 频率对数之间的均方根差约为 $\sim 0.054$。经典交换理论假定沿每条场线的压力扰动为常数，但 MHD 计算的沿场线压力扰动在等离子体片中变化范围约 $\sim 30\%$，而在内磁层中更大。平行与垂直位移在等离子体片与内磁层中差异很大，但两种方法间显示出良好的定性一致。在等离子体片中，垂直位移强烈集中于赤道面，而平行位移分布于等离子体片大部分远离赤道面的区域，可视为浮力波。在内磁层中，位移更具正弦性，更类似于传统的慢模。波的不同形态最好由磁通管熵 $PV^\gamma$ 来刻画。