临界平衡湍流引起垂直离子加热的准线性理论

在无碰撞天体物理等离子体中，湍流介导了自由能在级联通道间的分配及其向离子和电子热能的耗散。由此产生的离子加热通常是各向异性的，观测表明离子优先被加热至局部磁场方向垂直的方向；理解导致这种加热的机制是理解此类等离子体演化的关键步骤。本文我们利用准线性理论框架，计算了离子与湍流中大尺度Alfvén涨落相互作用的加热速率。我们展示了湍流的不平衡性（沿磁场方向传播和反向传播的Alfvén涨落之间的能量差）如何改变这些涨落的时空谱，使加热机制在两种常用研究机制之间转换：平衡湍流中的随机加热和不平衡湍流中的共振回旋加热。所得加热速率具有与不平衡程度无关的一般形式，在小湍流振幅下表现出与离子磁矩守恒相关的抑制，并在形式计算中恢复了先前的经验结果。本工作的结果有助于巩固我们对天体物理等离子体中离子加热的定性理解，同时也提供了具体的定量预测以分析模拟和观测。