大规模地球鞘层与北向国际磁场的PIC代码并行模拟与MHD模型
摘要：一个稳定且不需要大量计算资源的三维动力学模型(粒子模拟-在格子中模拟电磁场与粒子的相互作用)被提出，用于描述大尺度的地球弓形冲击波。由于粒子模拟使用的是经过缩放的等离子体和场参数，我们还提出通过将代码的结果与相同缩放的太阳风和国际磁场条件下的可用磁流体动力学模拟结果进行比较来验证我们的代码。我们报道了两个模型的新结果。在两个代码中，地球弓形冲击波位置分别为沿着太阳-地球线的约14.8个地球半径和在黄昏侧的约29个地球半径。这些发现与过去的实地观测一致。两个模拟结果都再现了冲击波处的理论跳跃条件。然而，与磁流体动力学的结果相比，粒子模拟代码的密度和温度分布膨胀并稍微向太阳侧偏移。这可能是由于运动的电子和在上游方向反射的离子引起的。通过测量在冲击波处的过渡区(测得约为2c/ωπ（赫兹）)，以及下游区域，描绘了前冲区域的粒子分布。在冲击波处，磁场的跳跃大小为1.7c/ωπ。在前冲区域，热速度在15个地球半径处等于213千米/秒，在12个地球半径处等于63千米/秒（磁层外区域）。尽管当前版本的粒子模拟代码具有较大的单元格尺寸，但它可以在非常短的时间内保持行星磁层的宏观结构，因此可以用于教育测试目的。它也有可能与磁流体动力学相辅相成，加深我们对大尺度磁层的理解。
作者：Suleiman M Baraka
论文ID：1604.00386
分类：Space Physics
分类简称：physics.space-ph
提交时间：2016-04-13