编辑:在太阳风湍流的作用,磁层、电离层动力学

这个研究课题是致力于一个最有趣的和最难理解的空间等离子体物理的现象:几乎无碰撞的动荡。即使在太空探索的开始,有证据显示,空间等离子体可能是动荡的。例如,洛克et al。(1964)分析了磁场测量由IMP 1卫星和报道之间的动荡地区磁层的存在和弓形激波现在称为磁鞘。后来,费尔菲尔德和洛克(1970)计算了幂律谱的磁场波动磁鞘使用IMP 4测量。高度在地磁脉动磁场尾巴被小鬼观察到1Hruška和Hruškova (1969)和IMP 3Hruška和Hruškova (1970)卫星。科尔曼(1968)分析了磁场波动太阳风从水手2号宇宙飞船使用数据。获得的功率谱密度的波动一个典型的湍流谱相似。更复杂的太空任务启动在随后的几十年内,提供更多了解空间等离子体的主要特征,包括等离子macro-parameters和所有字段的波动。尽管如此,湍流是唯一可能的解释这些波动,我们观察讨论仍在继续。这个研究课题包含不同的,有时甚至是矛盾的,在湍流的本质的观点和观察到的现象。它涵盖了八个评论和三个原子力,为读者提供一个视图的当前状态。它还包括原始研究和潜在的论文。

四篇论文在这个研究课题的重点是确定什么是动荡和什么是误认为是动荡。在透视的一篇文章中,强烈和Antiochos认为,在封闭的太阳日冕无处不在的准静态扭转当前表产生的磁流管中而不是从动态扰动的作用。这些水流表,重新连接的网站(nanoflares),可以发挥关键作用的加热日冕。同样,评论文章Borovsky认为,大部分的结构(包括当前表)太阳风也不是动荡:他回顾检查属性的太阳风的结构和参数对某些结构类型有电晕的起源。Viall et al。广泛审查太阳观测、太阳风测量和计算机模拟探讨问题的结构在太阳和太阳风创建创建结构在风离太阳。Viall et al。评估当前的知识和勾勒未来步骤的进展。Borovsky和米娜执行的分析测量的波动(1)风洞的湍流n - s (2) Alfvenic太阳风,专注于统计的异同和波动的物理性质。提出的问题是:为什么Alfvenic波动湍流统计样子?

我们的研究课题还包括一组作品致力于研究不同类型的动荡在日球层。特别是,Wawrzaszek和Echim专注于研究湍流间歇性,湍流能量的一个重要诊断级联,整个日球层。间歇性的各个指标进行了综述,发现间歇性随径向距离Alfvenic太阳风,快速太阳能风能,太阳能的间歇性最低随纬度,同时太阳能最大间歇性值更分散。Boldyrev et al。回顾几种流体模型在中度β等离子体波动,代表的空间等离子体环境如地球的磁气圈和磁鞘以及日冕。一般的物理模型的推导方程提出了详细和三个特殊情况对待,包括线性色散关系的推导模式以及守恒量。假设和限制每个模型的适用性进行了讨论。郭et al。解决这一事实太阳风湍流的存在导致interplanetary-shock表面的涟漪。既存的上游湍流的作用和冲击表面荡漾在强调提高粒子的加速,并提出,这可能有助于解决冲击加速度的注入问题,特别是在quasi-perpendicular冲击。Pitna et al。指出,在粒子加速冲击的动荡一直认为,直到最近动荡本身的进化从上游到下游收到足够的重视。他们表明,相比于上游,下游湍流权力磁场,速度和密度提高了一个数量级,而下游湍流总是更抗压。的论文郭et al。和Pitna et al。指出,现场观察星际的冲击提供了一个宝贵的机会,了解冲击与大规模动荡和加速高能粒子。

史密斯和Vasquez审查的证据多尺度湍流现场动力学结果太阳风加热的。生成、运输和涨落耗散能量是严格检查提供了一个广泛的讨论经常引起争议的场景跨尺度能量转移。也许因为缺乏一些基本问题仍未得到解答多点测量和现实的模拟。罗伯茨et al。研究间歇性的太阳风湍流电子密度波动sub-ion天平使用校准磁性层的潜在的航天器多尺度的使命。依赖规模峰度发现增加对离子鳞片。然后通过sub-ion高原范围。然而,时间和空间的差异统计波动的存在,提供了几种不同的解释。基于线性弗拉索夫理论,成田机场等。研究了等离子体介电张量推导解析表达式运输率和电场和磁场扩展法。Fluid-scale动力学阿尔芬的属性模式源于介电张量的动力学治疗。发达的波模式识别方法是有用的飞船观测。D 'Amicis et al。回顾最近的事态发展在太阳风磁气圈的复杂性与强调的交互太阳风湍流驱动地磁响应。Alfvenic动荡所扮演的角色在太阳能wind-magnetosphere耦合是强调。它也强调,地磁响应受内部磁层环境和太阳风的总能量波动。莫亚和纳瓦罗使用准线性动力学理论对湍流的影响背景光谱的放松太阳风离子回旋温度各向异性不稳定。不同初始扰动振幅和光谱形状。表明,所有光谱形状可以热质子优先方向垂直于磁场环境,即使最初稳定的等离子体。可能影响近期帕克太阳能探测数据进行了讨论。

综述了磁鞘的动荡Rakhmanova et al。特别是,他们讨论泰勒假设的适用性,等离子体的光谱的主要特性,磁波动安装功率法各种磁流体动力和动力学机制,以及动荡的间歇特性。特别有趣的是研究等离子体波动测量有足够时间分辨率探索等离子体湍流动能尺度,以及太阳风湍流的影响和弓形激波的几何的发展磁鞘动荡。

Antonova和斯特审查的模式背后的地磁尾巴作为湍流尾流的障碍及其地球动力学中的应用。特别是,他们检查湍流的作用在等离子体磁流体动力尺度交通和混合,和湍流等离子体片的稳定性。根据他们的发现,大规模的两个漩涡磁性层的对流产生的磁性层的等离子体压力梯度作为湍流能量的来源提出了发展和可能开车或积分这样动荡的漩涡。湍流流动的磁尾出现在三维磁流体动力模拟全球磁气圈。与此同时,审查通过El-Alaoui et al。描述了一个方法来几个大型当地司机的磁流体动力湍流动能尺度。获得的功率谱密度的磁波动是一致的观测磁尾的动荡。作者突出了角色的电阻率的耗散导致等离子体湍流在两个方面。首先,大规模,它会导致重新连接,驱动湍流流动,其次,它消散在小尺度上的能量。他们还考虑沿侧面Kelvin-Helmholtz不稳定边界的影响。根据El-Alaoui et al。动荡加速可能导致非热能的反面的外观在等离子体分布(k分布)。Eyelade et al。建立了一个动荡的涡流扩散之间的关系和kappa索引为不同值的等离子体β在地球的等离子体参数表。他们发现一些流程相关磁流体动力湍流导致的增加或减少κkappa指数分布函数,根据的价值β和湍流输送的方向对等离子体单。

在电离层研究湍流过程提出了一些作品。本文着重的阿克巴里等。关注朗谬尔波和动荡造成的极光电离层磁性层的电子束。审查提供了一个简洁但严格的朗谬尔波理论描述的机制,并总结多年的观察这一现象使用星载和地面仪器。共轭multi-instrument活动涉及的重要性原位波和粒子和非相干散射雷达测量数据是强调。湍流在无碰撞的空间等离子体是一个异常交通和电阻率的主要原因。本文通过Guio和Pecseli上地址这些重要现象,特别重视跨波导致反常电阻率和扩散机制。断断续续的动力学结构能够限制自由流动的带电等离子体粒子(如电子和离子相空间漩涡)进行了讨论。本文由角度Chaston致力于瞬态多尺度结构极光加速地区扮演着重要的角色在形成极光。作者强调协调的重要性现场和地面观测允许一个与等离子体的非线性强迫极光弧与可见极光形式之上。本文中提供的例子为湍流级联提供证据在极光加速地区,可能支持大幅度惯性阿尔芬波。

有一些作品不但致力于动荡的外行星和空间等离子体的一些基本方面。特别是,阿富汗二月讨论了等离子体湍流在外行星与太阳风的条件不同,例如,强大的行星磁场的存在,更强的等离子体和非均质性更大的大量的重离子。飞船观察木星和土星,即磁层,磁鞘和卫星,对等离子体加热和粒子加速的影响进行了讨论。需要新的测量从未来的任务,特别是在天王星和海王星,进行了探讨。

如这篇社论所示,过去和现在的卫星任务为我们提供了一个前所未有的机会来研究空间等离子体的湍流原位。因此,日球层成为了世界上最大的实验室研究各种类型的等离子体湍流。大多数的湍流特性不仅是普遍和获得相关的空间物理系统也为其他天体物理对象具有类似动荡的过程。我们相信,这个研究课题将使空间科学家和天体物理学家,特别是在他们的职业生涯早期,理解各种方面的广泛的有时有争议的话题,最终得出自己的结论。

作者的贡献

所有作者列出了一大笔,直接和知识贡献的工作,批准发布。

资金

女士得到了FONDECYT 1211144和AFOSR N°fa9550 - 19 - 1 - 0384研究资助,JB是NSF发光项目的支持下,得到了奥地利P28764-N27 FWF项目。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

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确认

女士感谢Elizaveta Antonova有用的对话。

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