低頻波動(dòng)下的離子隨機(jī)加熱和加速.pdf

1、等離子體的加熱和離子的加速是空間物理中最重要的課題之一。雖然普遍認(rèn)為這些問題都與離子和波，尤其是低頻的阿爾芬波或離子回旋波的相互作用有關(guān)系，但過去的研究通常局限在線性或者準(zhǔn)線性理論。在行星際和地球弓激波附近的觀測都表明低頻波動(dòng)的幅度通常會(huì)達(dá)到背景磁場的數(shù)量級，因此在這些問題的研究中，線性理論可能本身就不適用。近年來，有些作者討論了離子在低頻波動(dòng)卜的非線性運(yùn)動(dòng)，并得到了許多新的結(jié)果。本文通過理論和數(shù)值分析，研究了離子在線性阿爾芬波下的隨機(jī)

2、加熱現(xiàn)象以及斜向傳播的低頻波在平行激波處中對離子加速過程的影響。 我們的研究表明在有限振幅的線性阿爾芬波下，波和離子會(huì)發(fā)生的非線性共振。在一定的條件下，這些非線性共振在相空間會(huì)可發(fā)生重疊；進(jìn)而導(dǎo)致離子的運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)混沌。在這個(gè)過程中，離子可以在不滿足回旋共振的條件下被隨機(jī)加熱。數(shù)值結(jié)果表明，阿爾芬波的頻率越低，波動(dòng)振幅的隨機(jī)閾值越高。此外還考慮了離子垂直方向的能量對波動(dòng)振幅的隨機(jī)閾值的影響。當(dāng)考慮一組波譜的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)隨機(jī)閾值

3、會(huì)大大降低；同時(shí)等離子體會(huì)在垂直方向得到優(yōu)先加熱。 另一方面，我們擴(kuò)展了一個(gè)種新的在準(zhǔn)平行激波處離子的加速機(jī)制，即回旋共振沖浪加速。在我們的研究中，考慮了斜向傳播的低頻波。當(dāng)波斜向傳播的時(shí)候，離子在一定條件下會(huì)發(fā)生隨機(jī)的投射角散射，強(qiáng)的投射角散射會(huì)導(dǎo)致離子多次穿過激波。在這個(gè)過程中，離子可以被激波的電場和回旋共振沖浪多次加速，從而達(dá)到很高的能量。用這種模型處理地球弓激波處的情況時(shí)，得到的數(shù)值結(jié)果和衛(wèi)星觀測的結(jié)果定性符合的非常好。