低 Mach 数冲击波的结构与离子动力学行为

低 Mach 数无碰撞冲击波在太阳风和行星体上游击区经常被观察到。然而，大多数现场观测缺乏必要的时序分辨率，无法直接研究跨越这些冲击波的离子动力学行为。我们调查了由磁盘多尺度 (MMS) 任务观察到的一系列五个低 Mach 数冲击波穿越事件。这些冲击波的 Mach 数相当，但冲击法向角 ($66^{\circ} \lesssim \theta_{Bn} \lesssim 89^{\circ}$) 和坡宽 ($5~\mathrm{km} \lesssim l \lesssim 100~\mathrm{km}$) 各不相同。冲击波宽度在决定原子反射和能量化比例方面起着关键作用，其中原子反射随冲击宽度减小而增加。随着冲击宽度增加，原子反射被完全阻止。在接近垂直冲击波时，反射离子表现出准周期性结构，这些结构在冲击波远下游仍然持续。当冲击法向角变得更倾斜时，这些周期性离子结构会变宽，形成能量异位的 halo population。由 alpha 粒子在动力学压力的波动产生的 downstream 冲击波磁场的周期性波动，这些 alpha 粒子被 cross-shock potential 减慢并随后发生螺旋相聚拢。这些结果表明，低 Mach 数冲击波中发生复杂的动力学尺度离子动力学，这些动力学显著取决于冲击波轮廓。