Anisotropy of the He+, C+, N+, O+, and Ne+ pickup ion velocity distribution functions
Anisotropy of the He+, C+, N+, O+, and Ne+ pickup ion velocity distribution functions
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He、C、N、O 和 Ne 拾取离子速度分布函数的各向异性
DOI：
10.1051/0004-6361/201527603
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发表时间：
2016
影响因子：
6.5
通讯作者：
Wimmer-Schweingruber
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Berger;Wimmer-Schweingruber
背景星际和内源拾取离子（PUI）是由起源于日光层外部或内部的中性原子电离产生的。电离后，单电荷离子被磁化的太阳风等离子体拾取，并在其速度分布函数（VDF）中发展出强烈的各向异性环形特征。随着等离子体包裹随着太阳风向外移动，拾取离子VDF越来越受到共振波粒相互作用、改变日光层条件和等离子体漂移的影响，这导致拾取离子VDF逐渐各向同性化。过去对拾取离子环分布的研究仅限于1天文单位（Au）处的He+拾取离子，本研究的目的是量化1 Au处He+、C+、N+、O+和Ne+拾取离子VDF的各向异性状态。不同质量/电荷的PUI之间的各向异性状态之间的变化可以用于估计共振波-粒子相互作用对于它们的VDF的各向同性的重要性，和调查的许多简化，一般的相空间传输的描述PUI.MethodsPulse高度分析数据的PLASMA和超热离子成分仪（PLASTIC）在星载的日地关系天文台（STEREO A）上，用于获得He+、C+、N+、O+和Ne+相对于太阳风f（wsw）的速度谱。wsw-谱通过局部磁场的两种不同配置进行分类-一种是环面分布位于仪器的孔径内，φ，另一种是环面分布完全位于仪器的视场外，φ。之间的比例的PUI光谱φ和φ是用来确定的PUI VDF.ResultsThe数据的各向异性程度表明，在1 Au的环面分布的形成是显着更突出的O+（和N+）比He+（和Ne+）。这不能解释共振波-粒子相互作用的唯一机制的各向同性的PUI VDF。O+VDF的各向异性与He+相比波动很大，但在六年的观测期内一直较高，因此不太可能与特定的日光层条件或太阳活动变化有关。令我们惊讶的是，我们还发现了一个明确的签名C+环面分布在1 Au非常相似的He+，虽然作为一个内部源PUI，C+应该有一个相当不同的光谱和空间注入模式比星际PUI。
ContextInterstellar and inner-source pickup ions (PUIs) are produced by the ionization of neutral atoms that originate either outside or inside the heliosphere. Just after ionization, the singly charged ions are picked up by the magnetized solar wind plasma and develop strong anisotropic toroidal features in their velocity distribution functions (VDF). As the plasma parcel moves outwards with the solar wind, the pickup ion VDF gets more and more affected by resonant wave-particle interactions, changing heliospheric conditions, and plasma drifts, which lead to a gradual isotropization of the pickup ion VDF. Past investigations of the pickup ion torus distribution were limited to He+pickup ions at 1 astronomical unit (AU).AimsThe aim of this study is to quantify the state of anisotropy of the He+, C+, N+, O+, and Ne+pickup ion VDF at 1 AU. Changes between the state of anisotropy between PUIs of different mass-per-charges can be used to estimate the significance of resonant wave-particle interactions for the isotropization of their VDF, and to investigate the numerous simplifications that are generally made for the description of the phase-space transport of PUIs.MethodsPulse height analysis data by the PLAsma and SupraThermal Ion Composition instrument (PLASTIC) on board the Solar Terrestrial RElations Observatory Ahead (STEREO A) is used to obtain velocity-spectra of He+, C+, N+, O+, and Ne+relative to the solar wind,f(wsw). Thewsw-spectra are sorted by two different configurations of the local magnetic field – one in which the torus distribution lies within the instrument’s aperture,φ⊥, and one in which the torus distribution lies exclusively outside the instrument’s field of view,φ∥. The ratio of the PUI spectra betweenφ⊥andφ∥is used to determine the degree of anisotropy of the PUI VDF.ResultsThe data shows that the formation of a torus distribution at 1 AU is significantly more prominent for O+(and N+) than for He+(and Ne+). This cannot be explained by resonant wave-particle interactions as the sole mechanism for the isotropization of the PUI VDF. The anisotropy of the O+VDF compared to He+is highly fluctuating but consistently higher over an observation period of six years and therefore unlikely to be related to either specific heliospheric conditions or solar activity variations. To our surprise, we also found a clear signature of a C+torus distribution at 1 AU very similar to the one of He+, although as an inner-source PUI, C+should have a considerably different spectral and spatial injection pattern than interstellar PUIs.
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