SHINE: Instabilities Driven by Anisotropic Ion and Electron Beams in the Solar Wind: Analytical Theory, Numerical Simulations, and In-Situ Observations

SHINE:太阳风中各向异性离子和电子束驱动的不稳定性:分析理论、数值模拟和现场观测

基本信息

  • 批准号:
    1460190
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-06-15 至 2020-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This 3-year SHINE project aims to apply a fundamental approach to tackle plasma instabilities driven by anisotropic ion and electron beams in the solar wind, and to improve our understanding of micro-instabilities in general. The project will combine the analysis of linear and nonlinear effects, and create a multidisciplinary collaboration among experts in theory, numerical simulation, and observation, with relevance to many plasma systems. The research project will support two young researchers in early phases of their careers and one undergraduate student. The project team will engage local schools within the University of New Hampshire's Upward Bound program, which is designed to help high-school students from low-income families and/or first-generation potential college students succeed in higher education. This activity will provide the students with a unique opportunity to explore the field of space science. The research and EPO agenda of this project supports the Strategic Goals of the AGS Division in discovery, learning, diversity, and interdisciplinary research.This SHINE project involves an integrated and multidisciplinary four-step research program to elucidate the interplay between anisotropies and beams in the distribution functions of both ions and electrons in the solar wind by means of analytical theory, numerical studies, and in-situ observations. The project team will formulate a generalized theory for the instability thresholds of anisotropic and beamed ions and electrons in the solar wind by building on previously developed methods. Numerical solutions of the hot-plasma dispersion relation will allow the project team to verify the analytical findings. The project activities will include hybrid simulations to investigate the nonlinear evolution of the ion instabilities. In the case of electron-driven instabilities, a full particle-in-cell code will help the team investigate the nonlinear evolution of the plasma and the excited waves. The theoretical and numerical results from this project will be compared with observations of plasma and wave properties in the solar wind. The project efforts will be focused on answering the following key scientific question: what determines the thresholds and nonlinear evolution of instabilities driven by anisotropic ion and electron beams in the solar wind? The answer to this question is of paramount interest to the heliophysics community, since physics-driven solar-wind models critically depend on a detailed understanding of the relevant microphysical processes that regulate non-thermal features in the ion and electron distribution functions.
这个为期3年的Shine项目旨在采用一种基本方法来解决太阳风中各向异性离子和电子梁驱动的等离子体不稳定性,并提高我们对一般的微观构成的理解。 该项目将结合线性和非线性效应的分析,并在理论,数值模拟和观察方面的专家之间建立多学科的合作,并与许多等离子体系统相关。 该研究项目将在其职业生涯的早期和一名本科生的早期阶段为两名年轻研究人员提供支持。 该项目团队将与新罕布什尔大学的“向上界”计划中的当地学校互动,该学校旨在帮助来自低收入家庭和/或第一代潜在大学生的高中生在高等教育中取得成功。 这项活动将为学生提供探索太空科学领域的独特机会。 该项目的研究和EPO议程支持AGS部门在发现,学习,多样性和跨学科研究方面的战略目标。此Shine Shine项目涉及一个综合和多学科的四步研究计划,以阐明各种在单位和电子中的分析和分析中的分析性研究中各种型号和束之间的相互作用。 该项目团队将通过建立先前开发的方法来制定太阳风中各向异性和光束离子和电子的不稳定性阈值的广义理论。 热血压分散关系的数值解决方案将使项目团队能够验证分析结果。 项目活动将包括混合模拟,以研究离子不稳定性的非线性演变。 在电子驱动的不稳定性的情况下,完整的粒子代码将有助于团队研究血浆和激发波的非线性演化。 该项目的理论和数值结果将与太阳风中的血浆和波性特性的观察结果进行比较。 项目努力将集中在回答以下关键科学问题上:是什么决定了太阳风中各向异性离子和电子束驱动的不稳定性的阈值和非线性演变? 这个问题的答案对Heliophysics社区具有至关重要的兴趣,因为物理驱动的太阳风模型严重取决于对调节离子和电子分布功能中非热特征的相关微物理过程的详细理解。

项目成果

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专著数量(0)
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