动力学阿尔文波及其湍流的激发和产生机制

动力学阿尔文波是波长接近粒子微观动力学尺度的色散阿尔文波，在空间、太阳和天体等离子体活动现象中具有广泛的应用，特别是在它们的波能耗散与粒子能化过程中起重要作用。例如在地球极光高能电子加速、太阳日冕等离子体非均匀加热和重离子反常加热、以及太阳风阿尔文波湍流耗散等现象中，动力学阿尔文波都是被广泛讨论的物理机制之一。.本项目计划结合有关观测资料的分析并利用数值计算方法，着重研究太阳和空间复杂磁等离子体环境中动力学阿尔文波及其湍流的激发和产生机制，特别是通过等离子体不稳定性的直接激发机制和通过阿尔文波湍流的级联产生机制。.这项研究不仅对动力学阿尔文波激发与产生、及其在太阳和空间阿尔文湍流谱形成与演化中的作用等问题物理本质的理解具有重要的科学意义，而且在空间天气现象的微观物理机制、特别是其中的粒子能化机制和湍流耗散机制的研究中也具有广泛的应用前景。

动力学阿尔文波是波长接近粒子微观动力学尺度的色散阿尔文波，在空间、太阳和天体等离子体活动现象中具有广泛的应用，特别是在它们的波能耗散与粒子能化过程中起重要作用。例如在地球极光高能电子加速、太阳日冕等离子体非均匀加热和重离子反常加热、以及太阳风阿尔文波湍流耗散等现象中，动力学阿尔文波都是被广泛讨论的物理机制之一。. 高能电子束流、场向电流和场向密度纹是普遍存在于太阳和空间等离子体中的活动现象和非均匀磁化等离子体结构，它们为动力学阿尔文波不稳定性的产生提供了丰富的驱动自由能源。在本项目中，我们系统、深入地研究了不同等离子体参数环境下动力学阿尔文波的不稳定性，发现太阳大气中载流冕环的电子束流及其场向电流和场向密度纹都能非常有效地驱动动力学阿尔文波不稳定性，并进而导致动力学阿尔文波的有效激发和产生。同时，我们也研究了小尺度动力学阿尔文波与大尺度阿尔文波间的非线性耦合和参数衰变过程，发现在太阳冕洞和地球极光等离子体等环境下，这类非局域的非线性耦合过程也可以直接导致大尺度阿尔文波向小尺度动力学阿尔文波的能量转移过程。结合太阳风阿尔文波湍流的卫星观测资料，对其各向异性尺度依赖性特征的分析研究，也进一步证实太阳风湍流确实具有从大尺度阿尔文波向小尺度动力学阿尔文波湍动级联的演化倾向。另外，我们还研究了阿尔文波对电子回旋脉泽辐射机制的影响、以及它们在太阳射电爆发现象中的应用，结果显示阿尔文波的出现不仅改变了回旋共振条件，而且也影响到电磁辐射的偏振特性和辐射条件。结合太阳硬X射线耀斑的观测，我们还分析了高能电子束流在太阳大气中传播引起的束流－回流系统的动力学，发现在一定条件下回流电流能有效地激发粒子声波并进而导致束流电子能量的反常（非碰撞）损失。由这一能量损失机制导致的能谱演化行为可以合理地解释RHESSI卫星观测到的硬X射线环顶源和环足源之间的能谱演化特征，这意味着反常电阻现象在电子束流－回流系统的动力学演化中也可能起着重要作用。. 这项研究不仅对动力学阿尔文波激发与产生、及其在太阳和空间阿尔文湍流谱形成与演化中的作用等问题物理本质的理解具有重要的科学意义，而且在空间天气现象的微观物理机制、特别是其中的粒子能化机制和湍流耗散机制的研究中也具有广泛的应用前景。