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Flux Ropes, Turbulence, and Collisionless Perpendicular Shock Waves: High Plasma Beta Case
The Astrophysical Journal ( IF 4.9 ) Pub Date : 2021-06-03 , DOI: 10.3847/1538-4357/abf7c8
G. P. Zank 1 , M. Nakanotani 2 , L. L. Zhao 3 , S. Du 4 , L. Adhikari 2 , H. Che 1 , J. A. le Roux 1
Affiliation  

With the onset of solar maximum and the expected increased prevalence of interplanetary shock waves, Parker Solar Probe is likely to observe numerous shocks in the next few years. An outstanding question that has received surprisingly little attention has been how turbulence interacts with collisionless shock waves. Turbulence in the supersonic solar wind is described frequently as a superposition of a majority 2D and a minority slab component. We formulate a collisional perpendicular shock-turbulence transmission problem in a way that enables investigation of the interaction and transmission of quasi-perpendicular fluctuations such as magnetic flux ropes/islands and vortices as well as entropy and acoustic modes in the large plasma beta regime. We focus on the transmission of an upstream spectrum of these modes, finding that the downstream spectral amplitude is typically increased significantly (a factor of 10 or more), and that the upstream spectral index of the inertial range, and indeed the general spectral shape, is unchanged for the downstream magnetic variance, kinetic energy, and density variance. A comparison of the theoretically predicted downstream magnetic variance, kinetic energy, and density variance spectra with those observed at 1, 5, and 84 au by Wind, Ulysses, and Voyager 2 shows excellent agreement. The overall theoretically predicted characteristics of the transmission of turbulence across shocks observed in the solar wind appear to be largely consistent with recent observational studies by Pitňa et al. and Borovsky.



中文翻译:

通量绳、湍流和无碰撞垂直冲击波:高等离子体 Beta 案例

随着太阳活动极大期的开始和行星际冲击波的预期增加,帕克太阳探测器可能会在未来几年内观测到无数冲击波。一个出人意料地很少受到关注的突出问题是湍流如何与无碰撞冲击波相互作用。超音速太阳风中的湍流经常被描述为多数 2D 和少数平板组件的叠加。我们以一种能够研究准垂直波动(例如磁通量绳/岛和涡流)以及大等离子体 β 区域中的熵和声学模式的相互作用和传输的方式来制定碰撞垂直激波 - 湍流传输问题。我们专注于这些模式的上行频谱的传输,发现下游频谱幅度通常显着增加(10 倍或更多),并且惯性范围的上游频谱指数,实际上是总体频谱形状,对于下游磁方差、动能和密度没有变化方差。将理论上预测的下游磁方差、动能和密度方差谱与 Wind、Ulysses 和 Voyager 2 在 1、5 和 84 au 观察到的那些进行比较,显示出极好的一致性。在太阳风中观察到的湍流跨冲击传输的总体理论预测特征似乎与 Pitňa 等人最近的观察研究基本一致。和博罗夫斯基。并且惯性范围的上游光谱指数,实际上是一般的光谱形状,对于下游的磁方差、动能和密度方差是不变的。将理论上预测的下游磁方差、动能和密度方差谱与 Wind、Ulysses 和 Voyager 2 在 1、5 和 84 au 观察到的那些进行比较,显示出极好的一致性。在太阳风中观察到的湍流跨冲击传输的总体理论预测特征似乎与 Pitňa 等人最近的观察研究基本一致。和博罗夫斯基。并且惯性范围的上游光谱指数,实际上是一般的光谱形状,对于下游的磁方差、动能和密度方差是不变的。将理论上预测的下游磁方差、动能和密度方差谱与 Wind、Ulysses 和 Voyager 2 在 1、5 和 84 au 观察到的那些进行比较,显示出极好的一致性。在太阳风中观察到的激波中湍流传输的总体理论预测特征似乎与 Pitňa 等人最近的观察研究基本一致。和博罗夫斯基。和密度方差谱与 Wind、Ulysses 和 Voyager 2 在 1、5 和 84 au 观察到的那些谱显示出极好的一致性。在太阳风中观察到的湍流跨冲击传输的总体理论预测特征似乎与 Pitňa 等人最近的观察研究基本一致。和博罗夫斯基。和密度方差谱与 Wind、Ulysses 和 Voyager 2 在 1、5 和 84 au 观察到的那些谱显示出极好的一致性。在太阳风中观察到的湍流跨冲击传输的总体理论预测特征似乎与 Pitňa 等人最近的观察研究基本一致。和博罗夫斯基。

更新日期:2021-06-03
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