Characterizing Space Plasmas: A Data Driven Approach - Couverture souple
Livre 46 sur 55: Astronomy and Astrophysics Library
Synopsis
1 Basic Equations and Concepts 1
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Fundamental Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Statistical Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Electric and Magnetic Field in Space . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.5 Transformation of E and B Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.6 Macroscopic Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.7 Plasma Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.8 Examples of Plasma Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.9 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2 Charged Particle Acceleration 39
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2 Motion in Uniform E and B Field . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3 E ⇥ B Acceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.4 Motion in Inhomogeneous Magnetic Field . . . . . . . . . . . . . 57
2.5 Other Particle Acceleration Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . 63
2.6 Waves and Wave-Particle Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.7 Cyclotron Resonance Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.8 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3 Escaping Solar Particles 81
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.2 Observations of Solar Wind Ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.3 Observations of Solar Wind Electrons . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.4 Solar Wind Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.5 Kinetic Models of the SW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.6 Heuristic Interpretation of the Solar Wind . . . . . . . . . . . . . 104
3.7 Electrostatic Solitary Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.8 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4 Collisionless Shocks 117
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.2 Observations of Earth's Bow Shock . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.3 Entropy Across Earth's Bow Shock . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.4 ICME Shock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.5 Nonlinear Structures Upstream of Bow Shock . . . . . . . . . . . 140
4.6 Growth of Nonlinear Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
4.7 Acceleration of Particles at the Bow Shock . . . . . . . . . . . . 161
4.8 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
5 Current Sheets and Boundaries 183
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5.2 Magnetic Reconnection on Earth . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
5.3 SW Entry into Magnetosphere through Cusps . . . . . . . . . . . 191
5.4 Particle Motions in Magnetic Neutral Regions . . . . . . . . . . . 198
5.5 Kinetic Models of Current Sheets . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
5.6 Kinetic Equations for Boundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
5.7 Tearing Mode Instability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
5.8 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
6 Current and Electric Field 225
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
6.2 Observations of Electron and Ion Beams . . . . . . . . . . . . . . 226
6.3 Motion Parallel to E a
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