太阳风终止激波下游的电子分布函数：热电子在哪里？

在绝大多数关于等离子体激波的文献中，电子扮演着“幽灵粒子”的角色，因为其对质量和动量流的贡献可忽略不计，且它们仅被视为维持等离子体电中性。然而，在一些较新的论文中，电子在激波动力学和热力学中扮演着新的重要角色，尤其是在太阳风终止激波处。它们以非常特定的方式对激波电场作出反应，导致下游电子的超声热非平衡分布，这可以用 kappa 分布函数表示。在本文中，我们探讨为何 Voyager 航天器在太阳风终止激波下游的等离子体探测器未能观测到这一预期的热电子群体。我们表明，热非平衡电子会诱导任何巡航于该下游等离子体环境中的航天器产生强烈的负电充电。此电荷将航天器探测器处的电子通量降低至无法探测的强度。此外，我们表明在此热电子环境中，德拜长度 $\lambda _{\mathrm D}^{\kappa}$ 增长至相对于经典值 $\lambda _{\mathrm D}$ 约为 $\lambda _{\mathrm D}^{\kappa}/\lambda _{\mathrm D}\simeq 10^{6}$ 的量级。这一异常条件允许某类静电等离子体波的传播，在极大波长下，使我们能够通过这些波的相速度直接确定超声热电子的有效温度。在中等波长下，电子声色散关系导致以离子等离子体频率 $\omega _{\mathrm p}$ 而非传统的电子等离子体频率进行的非传播振荡。