損失錐和Kappa電子速度分布激發(fā)的哨聲波.pdf

1、觀測資料表明磁層中電子速度分布通常都偏離麥克斯韋分布。這導致磁層的等離子體具有自由能，在一定條件下，就會激發(fā)等離子體的微觀不穩(wěn)定性。例如，電子T⊥＞T∥的各向異性所激發(fā)的不穩(wěn)定性就是其中之一。長期以來，不論是理論計算還是數(shù)值模擬，用來研究這種不穩(wěn)定性的熱電子分布函數(shù)大多采用雙麥克斯韋分布來表示。然而衛(wèi)星觀測結(jié)果表明在空間等離子體中熱電子的分布更多的是損失錐分布或κ分布，這就使得由雙麥克斯韋分布得到的研究結(jié)果有所偏差。且相關(guān)研究多局限于線

2、性理論或準線性理論，對非線性的演化過程缺乏全面的了解。
　　 本文利用一維全粒子(PIC)模擬方法，研究了電子速度分布為損失錐分布和κ分布兩種情形下哨聲波激發(fā)的過程，并討論了用雙麥克斯韋分布會產(chǎn)生的偏差。結(jié)果表明，當電子速度分布函數(shù)為損失錐分布時，在線性增長階段哨聲波的主導頻率(能量最集中的一個頻率)與雙麥克斯韋分布的結(jié)果是一樣的，波動的激發(fā)使得平行于背景磁場方向的電子溫度有所提高。與雙麥克斯韋分布的結(jié)果相比，損失錐分布下哨聲波

3、激發(fā)的時間要更早一些，而在線性增長階段，能量傾向于高頻部分多一些。在不同的溫度各向異性和背景磁場強度下，也得到了類似的結(jié)果。對于κ分布的電子，本文研究了κ=2，6，20三種情形下的結(jié)果。隨著κ的增加，哨聲波的線性增長率增大，飽和時哨聲波磁場的能量密度也會增大，而飽和時的溫度各向異性(A=T⊥/T∥-1)會減小。由此我們發(fā)現(xiàn)雙麥克斯韋分布(κ→∞)高估了哨聲波在磁層中的增長和影響，因為觀測到的典型值為2＜κ＜6。我們還對熱電子速度分布函數(shù)