Quantification of energy dissipation in collisionless plasma turbulence via nonequiribrium relations

通过非平衡关系量化无碰撞等离子体湍流中的能量耗散

• 批准号: 20K03891
• 负责人: 成行 泰裕
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: University of Toyama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K03891/
• 关键词: 無衝突プラズマ; 磁気流体乱流; エネルギー散逸; 粗視化モデル; 非平衡関係式; 太陽風

本年度も、前年度から引き続き粗視化モデル(ランジュバン系)を用いた理論的・数値的研究を進めた。具体的には、(1)有限振幅の低周波磁場擾乱がある場合の有効温度の表式の導出、(2)背景磁場に対して平行な運動成分からの非平衡熱(維持熱)が満たす非平衡関係式(有効温度を用いた揺動散逸関係)の導出、(3)近年(本研究課題開始以降)報告された結果との整合性の確認、(4)乗法的(multiplicative)ノイズを含むランジュバン系における平均的なエネルギー散逸の表式の導出、(5)平均的なエネルギー散逸に対する、圧縮性磁場成分を含む非平衡アルヴェン状態中の磁気位相の影響の調査、を行った。(1)(2)については、前年度から引き続いて直接数値計算を用いた理論式の検証も並行して行っている。(3)については、ローレンツ力を含む(が低周波擾乱を含まない)ランジュバン系について近年新しい結果が報告されているため、それらと本研究の粗視化モデルとの整合性を確認したものである。(4)では、低周波擾乱が無い場合に非マクスウェル分布を定常状態に持つより一般的な系におけるエネルギー散逸を与える表式の導出を行った。(5)では、人工衛星で観測される太陽風磁気流体乱流中で頻繁に見られる、全磁場強度の擾乱が小さい大振幅磁場擾乱について、磁気位相の数理モデルを用いて与える手法を新たに適用した。これは、この数年で進展した内部太陽圏における人工衛星による「その場」観測の結果を反映させるためのものである。

今年，我们继续使用上一年的粗粒模型（基于Langevin的系统）进行理论和数值研究。具体而言，我们已经进行了（1）在有限的幅度低频率磁场干扰的情况下推导有效温度，（2）衍生非平衡关系（使用有效温度）满足的非平衡关系（使用有效温度的转移耗散关系）的衍生，而无等值的热量（维持对背景磁场的运动成分）的启动（3）的启动（3）（3）的一致性（3）（3）（3）（3）（3）（3）在具有乘法噪声的Langevin系统中平均能量耗散方程的推导，（5）探索含有可压缩磁场成分的非平衡Alfen状态中磁相对平均能量耗散的影响。关于（1）和（2），自上一年以来，我们继续使用直接数值计算来验证理论方程。关于（3），近年来含有洛伦兹力的兰格文系统（但不是低频扰动）的新结果，并且它们之间的一致性与本研究的粗粒度模型得到了证实。在（4）中，我们得出了一个表格方程，该方程在没有低频干扰的情况下，在稳态下具有非晶格分布的更通用系统中的能量耗散。在（5）中，将使用磁相数学模型给定的方法新应用于大振幅磁场干扰，在太阳风磁性流体湍流中经常看到，在卫星上观察到，总磁场强度很小，很小。这旨在反映在过去几年中卫星中卫星的“原位”观察结果。

项目成果

On stochastic and kinematic modeling of Alfvenic states in the solar wind plasma

太阳风等离子体中阿芬尼态的随机和运动学建模

• 发表时间: 2022
• 作者: Tanaka;T.;Ebihara;Y.;Watanabe;M.;Fujita;S.;Nishitani;N.;& Kataoka;R.;Yasuhiro Nariyuki
• 通讯作者: Yasuhiro Nariyuki

On non-equilibrium Alfvenic fluctuations in the solar wind

太阳风中的非平衡阿尔芬涨落

• 发表时间: 2021
• 作者: Qi Gao;Gavin O. Jones;Mario Motta;Michihiko Sugawara;Hiroshi C. Watanabe;Takao Kobayashi;Eriko Watanabe;Yu-ya Ohnishi;Hajime Nakamura;Naoki Yamamoto;Yasuhiro Nariyuki
• 通讯作者: Yasuhiro Nariyuki

On the relationship between the cross-helicty and the residual energy in the solar wind MHD turbulence: A phenomenological approach

太阳风MHD湍流中交叉螺旋度与剩余能量的关系：唯象学方法

• 发表时间: 2021
• 作者: Shigetaka Nishiguchi;Christian Ganser;成行 泰裕
• 通讯作者: 成行 泰裕

低周波アルヴェン乱流におけるエネルギー散逸の確率モデル

低频阿尔文湍流能量耗散的随机模型

• 发表时间: 2020
• 作者: 田嶋尚也;川椙義高;岡竜平A;内藤俊雄A;加藤礼三B;西尾豊;成行 泰裕
• 通讯作者: 成行 泰裕

太陽風中の非平衡アルヴェン状態における残留エネルギーとエントロピー生成の関係

太阳风非平衡阿尔芬态剩余能量与熵产生的关系

• 发表时间: 2021
• 作者: 鈴木大輔;三浦伸一;西山 修輔，菱田 悠斗，佐々木 浩一;成行 泰裕
• 通讯作者: 成行 泰裕