电子束流和温度各向异性对高频波的激发

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等离子体高频波动对电子尺度上的能量传输和耗散中起着关键作用,高频波与电子之间的相互作用是空间物理中一个重要研究方向。在日地空间环境中,经常观测到电子束流和电子温度各向异性激发高频波现象。本文基于等离子体理论模型和最新空间卫星的观测,探讨了电子束流和电子温度各向异性激发高频波的动力学过程。首先,本文在理论上研究了电子束流不稳定性激发高频波机制。基于等离子体流体理论模型,解析推导了质子、背景电子和电子束流三成分等离子体中波色散关系,系统分析了6类电子束流不稳定性,揭示了各种不稳定性激发机制和电磁特性。本文利用了电子束流不稳定性解释了木星极区电磁辐射的新结果,发现上行电子束流驱动的电子声/磁声波是木星极区环境中新电磁辐射的主要来源。其次,本文在理论和观测上研究了电子温度各向异性激发高频波机制。本文利用MMS卫星在地球外磁层和磁鞘中的观测数据,分析了两个典型哨声波事件。基于当地等离子体参数和等离子体动理论模型,证实了电子温度各向异性不稳定性激发哨声波机制。同时,也发现电子束流会影响两个事件中哨声波特征,例如外磁层事件中哨声波反向于背景磁场传播、磁鞘区事件中哨声波双向传播并具有不同的频率。本文揭示了不同等离子体环境中电子束流和温度各向异性对高频波的激发机制,其结果有助于认识不同空间等离子体环境中电子和高频波的动力学行为的差别。
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