太阳风湍流中镜像约束对质子温度各向异性的流体模拟
前言：对太阳风中由膨胀、湍流和场粒子相互作用引起的温度各向异性产生了特别关注，通过对WIND/SWE任务测量的慢太阳风中的质子温度和参数bki的分析表明，质子温度各向异性受到斜微观不稳定性的限制。
其中镜像不稳定性或火管不稳定性取决于垂直或平行温度的主导性质，尽管在质子-电子等离子体中的线性理论预测质子回旋和平行火管不稳定性占主导地位。这种明显的差异可能是由于太阳风中存在的次要离子能够稳定离子回旋波，从而使镜像不稳定性成为主导效应的原因。
频率的彩色等级图说明了镜像不稳定性和火管不稳定性的作用，数据似乎在近零最大增长率轮廓之外没有显著扩展，这个增长率是根据具有双麦克斯韦尔离子分布函数和对应温度的等温电子等离子体估计的。增加5%的α粒子对这些轮廓没有明显影响，但会在特别小的bki值处改变离子回旋不稳定性的阈值。
观测数据在bki值为0.1左右时达到镜像阈值，在碰撞较弱的快速太阳风中，协议似乎不太准确。WIND航天器上的太阳风中的106个独立陀螺尺度磁波测量进行了分析，得出了类似的结论。另一个结果是，当等离子体接近不稳定性阈值时，这些波动的幅度会增强。
由“磁可压缩性”dbk²/(dbk²+∣db?∣²)测量的平行磁波动的相对重要性，在接近镜像阈值时大大增加，垂直质子加热占主导地位的情况，其起源仍然有争议，考虑了一个基于快波与太阳冠等小beta等离子体中的质子回旋伯恩斯坦模的耦合过程。
双麦克斯韦尔离子分布函数为0.02的混合模拟，在距离太阳较远的地方，湍流波动由准横向动力阿尔费文波主导，需要考虑非共振机制。通过指定低频阿尔费文波的随机相位，引起的垂直离子加热的最近测试粒子模拟。
在自由衰减阶段的二维空间中，采用等温电子和纯粹横向磁扰动的Orszag-Tang涡流的完全非线性混合模拟显示出垂直于导向磁场的平均离子温度略微增加，带磁场的质子-电子等离子体的准横向动力学，重点关注镜像不稳定性的作用。
系统受到随机驱动，以模拟从太阳风阿尔费文波级联的尾端注入能量，这种注入方式倾向于在准垂直于环境磁场的方向上进行。基于“FLR-Landau流体”模型的数值模拟，该模型在流体层次的四阶矩级别上进行了闭合，保留了低频动力学效应，如兰道阻尼和离子有限拉莫尔半径（FLR）修正，以便解决镜像不稳定性。
空间变化仅沿着与环境磁场成一定角度的方向进行，并首次全面非线性模拟显示了主导离子横向加热的模式，在该模式中镜像不稳定性得到发展并限制了温度各向异性保持接近阈值，保留一定强度的碰撞能够与慢速太阳风观测结果非常吻合。
FLR-Landau流体模型是通过从Vlasov-Maxwell系统中，导出一个矩阵层次结构来构建的，该结构从等离子体密度ρ和离子速度u的方程开始，其中为了简化起见，电场通过广义欧姆定律表示，该定律在忽略电子惯性后得出。
这些方程涉及陀螺对称的四阶速度累积量以及源于非陀螺对称压强、热流和四阶矩的贡献，所有这些贡献都是通过将各个量的动力学表达式组合在一起，使等离子体色散关系的出现最小化来估计的，后者会被Padé近似替代，从而最终导致适用于初值问题的局部时间方程。
在空间变化仅发生在与环境磁场成一定角度的方向上的情况下，由于涉及热流和四阶累积量，该模型能够描述与双Maxwell分布函数有适度偏离相关的状态，当与离子Larmor半径相当的尺度上的湍流能量足够大时，离子主要在垂直方向上加热。
当初始贝塔值b0较小时，垂直温度的变化速率较大，当考虑到对内部能量贡献b0 hp?i的时间变化时，b0的影响可以忽略不计，加热性质则强烈依赖于注入波的典型尺度和振幅，磁矩不变性的破坏，与垂直温度变化直接相关，主要是由FLR贡献造成的，这些贡献只在离子尺度上才显著。
结语：低频动力学效应的流体模型，可以解决太阳风条件下的垂直加热问题。低频动力学阿尔文波湍流可以对垂直离子加热做出贡献，并产生一个自我调节的状态，其中镜像不稳定限制了温度各向异性的进一步增长。
尽管在无碰撞的条件下，湍流将系统推向镜像不稳定性阈值之上，但微弱的碰撞水平足以平衡这种影响，并将系统限制在(bk，T?/Tk)图中的阈值曲线上，从而重现了在慢速太阳风中进行的测量的行为。
通过将数据与有效的双麦克斯韦分布进行拟合，来确定温度的实验结果，并不大程度上依赖于分布函数中的尾翼。由于镜像阈值对这些尾翼的存在非常敏感，数据点与双麦克斯韦分布下估计的镜像不稳定阈值的良好匹配表明。
在慢速太阳风中，远离双麦克斯韦分布的大速度偏离相对较小，尽管微弱，但碰撞的影响并非完全可以忽略，在太阳风中的动力学过程，其中镜像不稳定性占主导地位，湍流条件下不同不稳定性之间的竞争，并考虑到扩展等重要因素，提供真实的温度剖面。
