准垂直激波中的准绝热与随机加热及粒子加速

基于磁层多尺度（MMS）对地球弓形激波的观测，我们识别了在准垂直激波中运行的两种等离子体加热过程。离子受到随机加热，该过程由加热函数 $\chi_j = m_j q_j^{-1} B^{-2}\mathrm{div}(\mathbf{E}_\perp)$ 控制，其中粒子质量为 $m_j$、电荷为 $q_j$，处于电场 $\mathbf{E}$ 和磁场 $\mathbf{B}$ 中。采用测试粒子模拟来确定分布函数尾部中体加热和粒子随机加速的参数范围。模拟结果用于表明，在所研究的弓形激波穿越中，离子加热和加速由频率分别为 (1-10)$f_{cp}$（质子回旋频率）的波完成体加热，以及 $f>10f_{cp}$ 完成尾部加速。当电子不处于随机加热区，即 $|\chi_e|<1$ 时，它们经历准绝热加热过程，其特征是各向同性温度关系 $T/B=(T_0/B_0)(B_0/B)^{1/3}$。这是在磁矩守恒获得的能量通过波的散射重新分配到平行能量分量时得到的。本文报道的结果也可能适用于天体物理激波中的粒子加热和加速。