物理学进展
物理學進展
물이학진전
PROGRESS IN PHYSICS
2013年
2期
57-85
,共29页
等离子体实验%动力学阿尔文波%实验室等离子体%空间等离子体
等離子體實驗%動力學阿爾文波%實驗室等離子體%空間等離子體
등리자체실험%동역학아이문파%실험실등리자체%공간등리자체
plasma experiments%kinetic Alfv′en waves%laboratory plasmas%space plasmas
动力学阿尔文波是垂直波长接近离子回旋半径或电子惯性长度的短波长色散阿尔文波,由于能在磁等离子体的丝化精细结构和带电粒子能化现象中起重要作用,一直是空间和实验室等离子体物理领域里具有广泛兴趣的研究课题.特别是1990年代后,由于空间卫星探测技术和地面等离子体实验技术的不断发展,特别是一些高分辨空间等离子体探测仪器和地面大型等离子体实验设备投入工作以来,在动力学阿尔文波的实验研究上取得了一系列突破性的重要进展.这不仅在实验上进一步证实了动力学阿尔文波一系列重要的理论特性,也导致了对动力学阿尔文波在磁等离子体动力学现象中重要作用的重新认识,并在从地面实验室等离子体到空间和天体等离子体的广泛领域里再次激发了对动力学阿尔文波的研究兴趣.在这篇综述性报告里,我们将着重介绍自上世纪90年代以来有关动力学阿尔文波实验研究的主要进展,包括在地面实验室大型等离子体装置上进行的实验研究、由科学卫星在空间等离子体中进行的实地测量证认、以及对太阳大气中动力学阿尔文波相关信号的遥测分析.这些实验研究覆盖了动力学阿尔文波物理的各个方面,涉及的内容从动力学阿尔文波的基本色散关系、电磁偏振状态、激发与耗散机制,到非线性相互作用和不同等离子体环境下湍动谱的特性等.这将有助于读者更加全面、完整地理解动力学阿尔文波的物理本质及其相关现象.
動力學阿爾文波是垂直波長接近離子迴鏇半徑或電子慣性長度的短波長色散阿爾文波,由于能在磁等離子體的絲化精細結構和帶電粒子能化現象中起重要作用,一直是空間和實驗室等離子體物理領域裏具有廣汎興趣的研究課題.特彆是1990年代後,由于空間衛星探測技術和地麵等離子體實驗技術的不斷髮展,特彆是一些高分辨空間等離子體探測儀器和地麵大型等離子體實驗設備投入工作以來,在動力學阿爾文波的實驗研究上取得瞭一繫列突破性的重要進展.這不僅在實驗上進一步證實瞭動力學阿爾文波一繫列重要的理論特性,也導緻瞭對動力學阿爾文波在磁等離子體動力學現象中重要作用的重新認識,併在從地麵實驗室等離子體到空間和天體等離子體的廣汎領域裏再次激髮瞭對動力學阿爾文波的研究興趣.在這篇綜述性報告裏,我們將著重介紹自上世紀90年代以來有關動力學阿爾文波實驗研究的主要進展,包括在地麵實驗室大型等離子體裝置上進行的實驗研究、由科學衛星在空間等離子體中進行的實地測量證認、以及對太暘大氣中動力學阿爾文波相關信號的遙測分析.這些實驗研究覆蓋瞭動力學阿爾文波物理的各箇方麵,涉及的內容從動力學阿爾文波的基本色散關繫、電磁偏振狀態、激髮與耗散機製,到非線性相互作用和不同等離子體環境下湍動譜的特性等.這將有助于讀者更加全麵、完整地理解動力學阿爾文波的物理本質及其相關現象.
동역학아이문파시수직파장접근리자회선반경혹전자관성장도적단파장색산아이문파,유우능재자등리자체적사화정세결구화대전입자능화현상중기중요작용,일직시공간화실험실등리자체물리영역리구유엄범흥취적연구과제.특별시1990년대후,유우공간위성탐측기술화지면등리자체실험기술적불단발전,특별시일사고분변공간등리자체탐측의기화지면대형등리자체실험설비투입공작이래,재동역학아이문파적실험연구상취득료일계렬돌파성적중요진전.저불부재실험상진일보증실료동역학아이문파일계렬중요적이론특성,야도치료대동역학아이문파재자등리자체동역학현상중중요작용적중신인식,병재종지면실험실등리자체도공간화천체등리자체적엄범영역리재차격발료대동역학아이문파적연구흥취.재저편종술성보고리,아문장착중개소자상세기90년대이래유관동역학아이문파실험연구적주요진전,포괄재지면실험실대형등리자체장치상진행적실험연구、유과학위성재공간등리자체중진행적실지측량증인、이급대태양대기중동역학아이문파상관신호적요측분석.저사실험연구복개료동역학아이문파물리적각개방면,섭급적내용종동역학아이문파적기본색산관계、전자편진상태、격발여모산궤제,도비선성상호작용화불동등리자체배경하단동보적특성등.저장유조우독자경가전면、완정지리해동역학아이문파적물리본질급기상관현상.
@@@@Kinetic Alfv′en waves (KAWs hereafter), dispersive Alfv′en waves with a short perpendicular wavelength comparable to the ion gyroradius or the electron inertial length, have been an increasingly interesting subject in space and laboratory plasmas because it can play an important role in the formation of fil-amentous fine-structures and the energization of charged particles in magneto-plasmas. In particular, since 1990’s advances in both space- and ground-based experimental techniques have led to a series of great and important progresses in experimental study of KAWs. These experimental studies not only confirmed many essential, significant, and interesting features of KAWs predicted by theories, but also led to the reevaluation of the importance of KAWs in the magneto-plasma dynamics and remotivated studying interest of KAWs in various magneto-plasma phenomena from laboratory to space and as-trophysical plasmas. This paper presents a review of experimental studies of KAWs, including plasma experiments on large plasma devices in laboratory, in situ measurements by satellites in space plasmas from the magnetosphere to the solar wind, and remote observations from the solar atmosphere. These experimental studies cover various aspects of KAW physics, including their basic dispersion relations, electromagnetic polarization states, excitation and dissipation mechanisms, nonlinear interaction phe-nomena, and turbulence spectra in various plasma environments. This review is particularly helpful for readers to understand comprehensively KAW physics and KAW-related phenomena.