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Kinetic cascade beyond magnetohydrodynamics of solar wind turbulence in two-dimensional hybrid simulations

Verscharen, D. und Marsch, E. und Motschmann, U. und Müller, J. (2012) Kinetic cascade beyond magnetohydrodynamics of solar wind turbulence in two-dimensional hybrid simulations. Physics of Plasma, 19, . AIP. DOI: 10.1063/1.3682960.

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Kurzfassung

The nature of solar wind turbulence in the dissipation range at scales much smaller than the large magnetohydrodynamic (MHD) scales remains under debate. Here, a two-dimensional model based on the hybrid code abbreviated as A.I.K.E.F. is presented, which treats massive ions as particles obeying the kinetic Vlasov equation and massless electrons as a neutralizing fluid. Up to a certain wavenumber in the MHD regime, the numerical system is initialized by assuming a superposition of isotropic Alfve´n waves with amplitudes that follow the empirically confirmed spectral law of Kolmogorov. Then, turbulence develops and energy cascades into the dispersive spectral range, where also dissipative effects occur. Under typical solar wind conditions, weak turbulence develops as a superposition of normal modes in the kinetic regime. Spectral analysis in the direction parallel to the background magnetic field reveals a cascade of left-handed Alfve´n/ion-cyclotron waves up to wave vectors where their resonant absorption sets in, as well as a continuing cascade of righthanded fast-mode and whistler waves. Perpendicular to the background field, a broad turbulent spectrum is found to be built up of fluctuations having a strong compressive component. Ion-Bernstein waves seem to be possible normal modes in this propagation direction for lower driving amplitudes. Also, signatures of short-scale pressure-balanced structures (very oblique slow-mode waves) are found.VC 2012 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3682960]

Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Kinetic cascade beyond magnetohydrodynamics of solar wind turbulence in two-dimensional hybrid simulations
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-Adresse der Autoren
Verscharen, D.Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Max-Planck-Str. 2, 37191 Katlenburg-Lindau, Germany;Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Braunschweig, Mendelssohnstr. 3, 38106 Braunschweig, Germany
Marsch, E.Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Max-Planck-Str. 2, 37191 Katlenburg-Lindau, Germany
Motschmann, U.Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Braunschweig; uwe.motschmann@dlr.de
Müller, J.Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Braunschweig
Datum:2012
Erschienen in:Physics of Plasma
Referierte Publikation:Ja
In Open Access:Nein
In ISI Web of Science:Ja
Band:19
DOI :10.1063/1.3682960
Seitenbereich:
Verlag:AIP
Status:veröffentlicht
Stichwörter:solar wind
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Hinterlegt von: Laura-Maria Brumm
Hinterlegt am:22 Nov 2012 09:08
Letzte Änderung:22 Nov 2012 09:08

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