无碰撞准平行激波下游波动的激发及其对带电粒子的作用

Downstream waves include all of the waves behind quasi-parallel shocks and have been studied for many years. Recent observation and simulation results demonstrate that there is a relationship between their generation and waves excited in upstream and shock front; besides, downstream waves can play an important role in many dynamic processes such as particle acceleration in shocks, particle thermalization in downstream and transport of solar wind into Earth’s magnetosphere. However, their generation mechanism, types and effects on the particle dynamics are still not very clear and inconclusive. In this project, we try to employ a two-dimensional hybrid simulation model and the linear theory to investigate the generation mechanism of downstream waves behind quasi-parallel shocks and their effects on particle dynamics. This work will be beneficial for our understanding of the evolution of quasi-parallel shocks, particle acceleration and the interaction of solar wind with the Earth’s magnetosphere.

下游波动是无碰撞准平行激波下游所有波动的统称，因其在地球日侧磁层动力学过程中扮演重要的角色而受到广泛关注。近些年的观测和数值模拟结果表明，准平行激波的下游波动的激发与上游的超低频波动和激波面内的粒子束流不稳定性有关，并且对激波离子加速、下游离子加热和太阳风等离子体向地球磁层的输运起着重要的作用。然而，准平行激波下游波动的形成、组成类别与其对离子动力学的影响，依然是一个处于争论中的热点问题。本项目拟利用二维混合模拟和线性理论，来研究离子尺度的下游波动的激发及其对离子的加速和加热的影响。这将会增进我们对准平行激波的结构演化、离子加速和太阳风与磁层的相互作用的理解。

无碰撞等离子体激波是一种普遍存在于宇宙和空间中的物理现象，因其作为有效的粒子加速器而被广泛地研究。在本项目的支持下，我们利用二维混合模拟和线性理论主要研究了空间无碰撞等离子体准平行激波上、下游的波动和相关的离子动力学特征。研究发现，准平行激波上游同时存在准平行和准垂直传播的快磁声波，这些波动会被上游入流等离子体带到激波面处，并发生波模转换。这使得下游形成斜传的慢磁声波，在远下游形成阻尼率较小的动力学慢波。通过对准平行激波上游电磁场的分析，并将对应的离子速度分布进行拟合和线性理论计算，我们发现，在准平行激波远上游主要是准垂直传播的快磁声波被激发，而在靠近激波面的上游区域两种波动强度相当；通过对准平行激波下游磁场极化率、压缩率、阿尔分率和交叉螺度的分析，我们认为下游区域存在斜传的慢波和动力学慢波。这些研究有利于我们更深入地认识和了解准平行激波的结构演化和离子动力学过程，使我们可以更加了解它对地球磁层的影响，并让我们进一步认识它在宇宙和空间中对粒子加速的贡献作用。

内容获取失败，请点击重试