斜孤波在一对五组件等离子体离子

文摘

我们研究不同质量的离子的影响斜孤波在五重带正、负电荷组件组成的等离子体离子(尘埃),氢离子电子冷和热。其中,较重的离子和冷光电子的评论来源的其他两个太阳能起源;电子被k分布描述。K-dV方程推导出不同属性的孤子幅度和宽度等参数的策划相关的彗星哈雷。我们发现重离子强烈影响孤波的幅值和宽度。

关键字

五个组件等离子体;Kappa描述电子;还原微扰技术;KdV方程和孤波

Multi-ion等离子体被发现在许多地区的空间像地球的电离层,中间层,太阳大气层,评论环境,等。这个评论的等离子体是特别感兴趣的研究者之间由于存在各种各样的许多种类的离子:除了电子和质子的太阳能起源、光化电离引起的生产H⁺和O⁺从水分子存在于相关的评论氛围除了光电子(1]。另外,几个带正电的离子热轻和重一直在观察彗星哈雷(2- - - - - -5]。此外,带负电荷的离子的观测飞船乔托之间0.03到3.0 keV能量和质量范围7-19山峰,22 - 65和85 - 110年彗星哈雷阿姆河给了一个新的维度调查在带负电荷的离子等离子体物种作为离子对(6]。之后,许多调查都是积极和带负电荷的尘粒在相同的等离子体环境中共存(7),前是小,后者是更大的大小(8]。

在最近的十年中,有广泛的研究在不同的非线性波的传播在不同的等离子体环境9- - - - - -14]。这包括与冷尘埃等离子体和电子和/或离子被k分布函数(15)和冷尘埃,绝热液体离子和kappa描述电子(16]。

Photo-ionization评论等离子体环境中造成的生产光电子反过来作为主要的第二个电子组件,除了典型的太阳能热电子。例如,Zwickl et al。17),观察这些光电子photo-ionization评论中性的彗星Giacobini-Zinner电子能谱仪对航天器冰。Bhardwaj也观察到的生产能量光电子研究天然气生产相关利率在彗星18]。

这是一个事实存在的典型高高能粒子在等离子体偏离麦克斯韦非麦克斯韦类型“kappa分配”。第一个预测了这样一种分布Vasyliunas使用精力充沛的太阳风数据(19];这个分布已经被用来模拟空间和天体物理环境。

我们,因此研究尘埃离子声波孤波的特点在这五组件等离子体中,电子被k分布建模。我们发现不同的重离子明显影响孤波的幅值和宽度。

基本方程

我们感兴趣的是孤独的等离子体波在五组件。较重的离子(粉尘)和轻(氢)离子组件tr吃冷,而电子由Boltzmann-like分布的描述

(1)

在哪里年代=se或ce。

在(1)年代表明物种(年代=se太阳能电子和年代=ce评论光电子)。n表示密度(下标0表示平衡值),e_年代电荷,T_年代温度和K_年代物种的光谱指数“年代”。k_B玻尔兹曼常数和ψ,潜力。

连续性方程和运动的标准化形式的氢离子和尘埃粒子,随着泊松方程,给出了

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(2)(8)n_我,n₁和n₂氢离子,正面和负面的尘埃密度,规范化的平衡值n_i0,n₁₀和n_20.分别。u_我,u₁和u₂再次,相应的流体速度都归一化ψ,目前无量纲电势,规范化。时间和空间变量分别由德拜长度归一化和等离子体频率的倒数。也和,在那里n_s0是物种的平衡密度。T_年代和T₁是物种的温度分别年代和消极的尘埃。米_我,米₁和米₂分别是氢离子的质量,正电和负电尘埃子(= 1),Z₁和Z₂是相应的数字。

研究非线性波的振幅小,我们推导出K-dV方程新的变量ξ和τ为:在哪里l_j表示方向余弦j=x,y或z;令人满意的关系,M是马赫数和。

物理量在上面的方程可以表示渐近幂级数的ε关于平衡值为:

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

我k =(离子),1(重带负电荷的离子/灰尘)或2(带正电的离子重/灰尘)使用((9)-(13))((2)-(8)),将不同的权力ε,我们可以推导出K-dV方程(8),(20.]

(14)

K-dv方程的解决方案

的解决方案K-dV方程(14),我们使用转换其次是Kolebage和Oyewande [21]。K-dV方程的解决方案

在哪里分别是,孤波的幅值和宽度。

结果与讨论

我们的方程是有效的为任意值的数字Z₁和Z₂重/尘埃粒子。但是我们使用,参数观察到彗星哈雷:氢离子的密度n_i0= 4.95厘米³这些离子的温度Ti = 8×10⁴K和太阳能电子温度T_se= 2×10⁵K(1]。次级光电子的温度设定T_ce= 2×10⁴K。重带负电离子的能量检测的顺序1电动汽车与密度≤1厘米⁻³7-19阿姆河的山峰与带负电荷的氧离子被明确标识(6]。

图1是一个孤立波振幅的情节ψ_米与方向余弦l_x的函数μ_我(归一化氢密度)。下、中、上表面代表他,C和O离子分别。图的其他参数有:l_yK = 0.2,_ce= 7/2,K_se= 13/2,z₁z = 1,₂n = 2,₁₀= 0.1厘米⁻³n_20.= 1厘米⁻³T_se= 2×10⁵K, T_ce= 2×10⁴K, T_他= 1.8×10⁴K, T_c= 1.5×10⁴K和T_O= 1.16×10⁴K。很明显的情节,虽然孤子的振幅增加而增加传播的倾斜;这几乎是独立的μ_我(更高的重粒子的质量)。同时,孤子的振幅随增加的质量重种离子。

图2是一个孤立波振幅的情节ψ_米与μ_se(规范化太阳能电子密度)的函数μ_我(归一化氢密度)。下、中、上表面代表他,C和O离子分别。图的其他参数有:l_xl =_yK = 0.2,_ce= 7/2,K_se= 13/2,z₁z = 1,₂n = 2,₁₀= 0.1厘米⁻³n_20.= 1厘米⁻³T_se= 2×10⁵K, T_ce= 2×10⁴K, T_他= 1.8×10⁴K, T_c= 1.5×10⁴K和T_O= 1.16×10⁴K。这里还有,孤子的振幅随尘埃粒子的质量增加而减小。我们发现孤子振幅敏感地依赖于太阳能电子,尤其是对于较轻的质量对离子。

接下来,在图3,我们调查宽度的依赖W孤波的规范化太阳能电子温度作为的方向余弦函数l_x。上、中、低的表面他,C和O离子分别。图的其他参数有:l_xK = 0.2,_ce= 7/2,K_se= 13/2,z₁z = 1,₂n = 2,₁₀= 0.1厘米³n_20.= 1厘米⁻³n_i0= 4.95厘米^{= 3}T_ce= 2×10⁴K, T_他= 1.8×10⁴K, T_c= 1.5×10⁴K和T_O= 1.16×10⁴K。图显示宽度W几乎是独立的σ_se。然而,在所有的情况下,是平行和垂直方向的最小宽度22]。

最后,图4描述了孤子的宽度W的变化与kappa指数的太阳能电子K_se电子kappa指数的函数的评论K_ce重不同的离子。下、中、上表面O,C和他离子分别。图的其他参数有:l_xl =_yz = 0.2,₁z = 1,₂n = 2,₁₀= 0.1厘米³n_20.= 1厘米⁻³n_i0= 4.95厘米⁻³T_ce= 2×10⁴K, T_他= 1.8×10⁴K, T_c= 1.5×10⁴K和T_O= 1.16×10⁴K。从故事情节,孤波的宽度增加视为对离子的质量增加。评论电子的k指数也走强影响孤立波的宽度比太阳能电子。

结论

我们有,本文研究了不同质量的离子的影响间接传播孤波等离子体在五个组件。五个组件是氢离子和电子热太阳能起源;一对相对较重的离子(粉尘)和冷,光电子的评论。我们发现不同的双重离子强烈影响孤波的幅值和宽度。我们的关系可以适用于许多空间等离子体环境(23- - - - - -27]。

确认

金融援助从大学拨款委员会(EF)、科技部(拳头和钱包项目)和喀拉拉邦国务院科学技术和环境,喀拉拉邦(jrf)。

引用

1. Brinca Tsurutani BT和艾尔。电磁波兴奋的不寻常的特征通过与大型垂直彗星新生儿离子能量。AstronAstrophys。1987;187:311 - 319。
2. Balsiger H等在彗星哈雷al.Ion组成和动态。大自然。1986;321:330 - 334。
3. Ipavich调频等al.CometGiacobini-Zinner:高能重离子的原位观测。科学。1986;232:366 - 369。
4. Neugebauer M等al.Encounter theulysses航天器的离子麦克诺特彗星的尾巴。12,54 j . 2007; 667:1262 - 1266。
5. Kharchenko V等al.Charge太阳风离子丰度推断来自彗星x射线光谱。12,54 J。2003; 585: L73-L75。
6. Chaizy P, et al .负离子昏迷的彗星哈雷。大自然。1991;349:393 - 396。
7. 埃利斯助教和内夫JS。数值模拟发射和运动的中性andcharged灰尘从P /哈雷。伊卡洛斯。1991;91:280 - 296。
8. Chow大众等al.Role晶粒尺寸和粒子速度分布的空间等离子体的二次电子发射。J地球物理学杂志1993;98:19065 - 19076。
9. Alinejad H。孤波在一个尘土飞扬的等离子体与负面(积极)带电尘埃颗粒和非热能的电子。12,54空间科学。2011;332:263 - 268。
10. 拉普米,et al。带正电纳米颗粒的观察夜间极地中间层。“Res Lett.2005; 32: L23821 (1) -L23821 (4)。
11. 罗求et al.Shock形成消极的离子等离子体。phy等离子体领域。1998;5:2868 - 2870。
12. Cooney IL, et al。二维孤子在积极ion-negative离子等离子体。IEEE反式等离子体科学。1991;19:1259 - 1266。
13. 穆斯林WM andShukla PK。属性的线性和非线性离子热波一对离子包含带电尘埃等离子体杂质。phy等离子体领域。2006;13:122104 (1)-122104 (6)。
14. 穆斯林WM和Shukla PK。离子热双层包含带电尘埃杂质离子对等离子体。PhysLett a . 2007; 362:463 - 467。
15. Baluku TK andHellberg马。尘埃声孤波在等离子体kappa-distributed电子和/或离子。phy等离子体领域。2008;15:123705 (1)-123705 (11)。
16. Baluku TK等al.Dust离子声孤波在等离子体kappa-distributed电子。phy等离子体领域。2010;17:053702 (1)-053702 (11)。
17. Zwickl RD,等。三个组件等离子体电子分布在彗星Giacobini-Zinner中间电离昏迷。“Res。1986; 13:401 - 404。
18. Bhardwaj。Onthe solar EUV deposition in the inner comae of comets with largegas production rates. Geophys Res Lett.2003;30:24.
19. Vasyliunas VM。低能电子在晚上的调查部门的磁气圈OGO 1和OGO 3。J地球物理学杂志1968;73:2839 - 2884。
20. Sijo年代,et al。斜孤波在五个组件等离子体。phy等离子体领域。2015;22:123704 (1)-123704 (7)。
21. Kolebage O andOyewande O。数值解korteweg de vries方程的有限差分和adomain分解方法。Int J基本科学。2012;1:321 - 335。
22. Mushtaq A和沙哈。非线性ZakharovA¢€““库兹涅佐夫”方程的间接传播二维离子声波孤波在相对论,旋转磁化electron-positron-ion等离子体。phy等离子体领域。2005;12:072306 (1)-072306 (8)。
23. 马赫莫迪安,et al .尘土飞扬的空间等离子体诊断期间使用极地夏天回声的时间行为主动修改。安“。2011;29:2169 - 2179。
24. Pandey BP andVladimirov SV。中间层等离子层的稳定性。phy等离子体领域。2011;18:122902 (1)-122902 (6)。
25. Horanyi M, et al。木星的尘埃的裙子:一个可能的explanationof尤利西斯尘埃事件。大自然。1993;363:144 - 146。
26. 希尔TW, et al . nanograinsin恩克拉多斯羽。J地球物理学研究》2012;117:A05209。
27. Szego K, et al。可能的观察带电nanodust彗星67 p / ChuryumovA¢A€“Gerasimenko:罗塞塔的分析任务。地球空间研究》2014;99:48-54。