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物理学 > 等离子体物理

arXiv:2507.04506 (physics)
[提交于 2025年7月6日 ]

标题: PIC模拟电子核心-束流等离子体中电流驱动的太阳III型辐射和哨声波:与PSP及其他空间观测的相关性

标题: PIC simulation of current-driven solar type III radiation and whistler waves in an electron core-strahl plasma: Relevance to PSP and other space observations

Authors:Konrad Sauer, Kaijun Liu
摘要: 本文的目的是证明电子电流振荡可能通过波的合并产生类型III辐射和哨音波,而无需通过经典等离子体发射。 展示了没有初始电流补偿的电子核心-束流等离子体的PIC模拟结果,这些结果描述了由电流驱动的朗缪尔振荡/波转化为类型III辐射,同时激发哨音波。 与Ginzburg和Zhelezniakov(1958)的经典方法不同,该方法中通过两步过程将束流激发的朗缪尔波转换为电磁辐射,通过选择低的束流速度来抑制任何不稳定性。 相反,由最初未补偿的束流电流触发了电子等离子体频率的电场振荡。 产生的电磁场表现出振幅振荡,这是由于混合极化两种波模式在模式耦合点的叠加引起的。 这种基本的波生成和转换机制已经在早期论文中使用简单的流体模型进行了描述。 这也是配套论文的主题。 除了基本的电磁辐射外,还获得了几乎相同强度的二次谐波,这表明存在非线性电流。 在我们的结果背景下,分析了各种卫星上测量的朗缪尔波、类型III辐射和哨音波,特别是帕克太阳探测器(PSP)的观测结果。 对早期的PIC模拟结果进行了批判性回顾。
摘要: The aim of the paper is to demonstrate that electron current oscillations may generate electromagnetic waves as type III radiation and whistler waves without the involvement of the classical plasma emission via the coalescence of waves. PIC simulation results of an electron-core-strahl plasma without initial current compensation are presented which describe the conversion of current-driven Langmuir oscillations/waves into type III radiation whereby simultaneously whistler waves are excited. In contrast to the classical approach of Ginzburg and Zhelezniakov (1958) after which beam-excited Langmuir waves in a two-step process are converted in electromagnetic radiation, any instability is suppressed by selecting a low strahl velocity. Rather electric field oscillations at the electron plasma frequency are triggered by the initially non-compensated current of the strahl. The arising electromagnetic fields exhibit amplitude oscillations which are caused by the superposition of the two wave modes of mixed polarisation at the point of mode coupling. This basic mechanism of wave generation and transformation has already been described in earlier papers using simple fluid models. It is also the topic of the companion paper. Besides the fundamental electromagnetic radiation, the second harmonic of nearly the same intensity has been obtained which is an indication for nonlinear currents. Measurements of Langmuir waves, type III radiation and whistler waves on board various satellites in the solar wind, in particular Parker Solar Probe (PSP) observations are analysed in the light of our results. Interpretations of earlier PIC simulations are critically reviewed.
评论: 18页,13图
主题: 等离子体物理 (physics.plasm-ph) ; 太阳与恒星天体物理学 (astro-ph.SR)
MSC 类: 85-10
引用方式: arXiv:2507.04506 [physics.plasm-ph]
  (或者 arXiv:2507.04506v1 [physics.plasm-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.04506
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Konrad Sauer [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 7 月 6 日 18:43:02 UTC (1,355 KB)
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