Linear dispersion theory of parallel electromagnetic modes for regularized Kappa-distributions
Linear dispersion theory of parallel electromagnetic modes for regularized Kappa-distributions
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正则化 Kappa 分布的平行电磁模式的线性色散理论
DOI：
--
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
P. Astfalk
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
E. Husidic;M. Lazar;H. Fichtner;K. Scherer;P. Astfalk
在空间等离子体中原位测量的速度粒子分布偏离麦克斯韦（热）平衡，表现出增强的超热尾，这是很好地描述了标准卡帕分布（SKD）。尽管它的成功应用，SKD是经常有争议的，由于一系列的非物理影响，如发散的速度矩，阻止宏观描述的等离子体。正则化卡帕分布（RKD）被引入到克服这些限制，但RKD-等离子体的色散特性尚未探索。本文计算了用RKD表征的等离子体中电磁模的频率波数色散和阻尼或增长率。这个任务是通过使用基于网格的动力学弥散解算器LEOPARD为任意回旋分布[P. Astfalk和F. Jenko，J. Geophys. Res. 122，89（2017）]。通过再现以前的SKD和Maxwellian获得的结果，我们验证了代码的功能。此外，我们应用各向同性和各向异性RKD研究了稳定的电磁电子回旋（EMEC）和离子回旋（EMIC）模以及温度各向异性驱动的不稳定性，都是在$T_\perp / T_\parallel > 1$（EMEC和EMIC不稳定性）和对于$T_\perp / T_\parallel < 1$（质子和电子不稳定性），其中$\parallel$和$\perp$表示平行和垂直于局部时间平均磁场的方向。只要截断参数$\alpha$足够小，结果表明RKD能在定性和定量两个层面上再现SKD等离子体的色散曲线。然而，对于更高的值，会发生物理上显著的偏差。
The velocity particle distributions measured in-situ in space plasmas deviate from Maxwellian (thermal) equilibrium, showing enhanced suprathermal tails which are well described by the standard Kappa-distribution (SKD). Despite its successful application, the SKD is frequently disputed due to a series of unphysical implications like diverging velocity moments, preventing a macroscopic description of the plasma. The regularized Kappa-distribution (RKD) has been introduced to overcome these limitations, but the dispersion properties of RKD-plasmas are not explored yet. In the present paper we compute the wavenumber dispersion of the frequency and damping or growth rates for the electromagnetic modes in plasmas characterized by the RKD. This task is accomplished by using the grid-based kinetic dispersion solver LEOPARD developed for arbitrary gyrotropic distributions [P. Astfalk and F. Jenko, J. Geophys. Res. 122, 89 (2017)]. By reproducing previous results obtained for the SKD and Maxwellian, we validate the functionality of the code. Furthermore, we apply the isotropic as well as the anisotropic RKDs to investigate stable electromagnetic electron-cyclotron (EMEC) and ion-cyclotron (EMIC) modes as well as temperature-anisotropy-driven instabilities, both for the case $T_\perp / T_\parallel > 1$ (EMEC and EMIC instabilities) and for the case $T_\perp / T_\parallel < 1$ (proton and electron firehose instabilities), where $\parallel$ and $\perp$ denote directions parallel and perpendicular to the local time-averaged magnetic field. Provided that the cutoff parameter $\alpha$ is small enough, the results show that the RKDs reproduce the dispersion curves of the SKD plasmas at both qualitative and quantitative levels. For higher values, however, physically significant deviation occurs.
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2019
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--
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K. Scherer;M. LazarE. Husidic;H. Fichtner
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H. Fichtner