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The Impact of Physical Processes on the Radial Evolution of the Distant Pickup Ion Mediated Solar Wind

Adhikari, Laxman und Zank, GP und Shrestha, B. L. und Tasnim, Samira und Zhao, L. und Elliott, H. und Opher, M. und Wang, B. und Le Roux, J. und Pitna, A. und McComas, D. und Mostafavi, P. und Richardson, J. und Zhu, X. und Wu, Y. und Sokół, J. M. und Nikoukar, R. (2025) The Impact of Physical Processes on the Radial Evolution of the Distant Pickup Ion Mediated Solar Wind. The Astrophysical Journal, 987 (2), 182 (19pp). American Astronomical Society. doi: 10.3847/1538-4357/adde4f. ISSN 0004-637X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adde4f/pdf

Kurzfassung

H+ pickup ions (PUIs), formed through charge exchange between solar wind (SW) protons and interstellar neutral hydrogen (ISN H) atoms or by the photoionization of ISN H atoms, play a key role in governing SW dynamics. These PUIs induce MHD waves by generating instabilities, driving turbulence in the outer heliosphere. The ionization cavity size is the distance at which the ISN H density becomes e−1 , which is smaller in the upwind direction than in the downwind direction. Consequently, the turbulent shear source affects the SW over a larger distance in the downwind direction than in the upwind direction. Here, we integrate the continuity, momentum, and pressure equations for ISN H with the three fluid (protons, electrons, and H+ PUIs) equations and the turbulence transport equations. We numerically solve the coupled four-fluid and turbulence transport equations between 10 and 68 au, and 10 and 115 au, before the heliospheric termination shock in the New Horizons (NH) and Pioneer 10 (P10) directions, respectively. We present the comparison of the theoretical results with the SW proton and PUI data of NH and the SW proton data of P10. We present the theoretical results of the low-frequency MHD turbulence and the cosmic-ray mean free paths along these directions. Finally, we derive the equation for the scattering angle of radio waves by assuming isotropic and Gaussian density turbulence and calculate the scattering angle in the NH and P10 directions.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/225333/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The Impact of Physical Processes on the Radial Evolution of the Distant Pickup Ion Mediated Solar Wind
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Adhikari, LaxmanCenter for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR), University of Alabama in Huntsville, Huntsville, AL 35899, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zank, GPCenter for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR), University of Alabama in Huntsville, Huntsville, AL 35899, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shrestha, B. L.Department of Astrophysical Sciences, Princeton University, Princeton, NJ 08544, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tasnim, Samirasamira.tasnim (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0305-2071228167114
Zhao, L.Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR), University of Alabama in Huntsville, Huntsville, AL 35899, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Elliott, H.Space Science Directorate, Space Science and Engineering Division, Southwest Research Institute, San Antonio, TX 78228, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Opher, M.Astronomy Department, Boston University, Boston, MA 02115, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, B.Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR), University of Alabama in Huntsville, Huntsville, AL 35899, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Le Roux, J.Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR), University of Alabama in Huntsville, Huntsville, AL 35899, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitna, A.Charles University, Faculty of Mathematics and Physics, V Holešovičkách 2, 18000 Prague 8, Czech RepublicNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
McComas, D.Department of Astrophysical Sciences, Princeton University, Princeton, NJ 08544, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mostafavi, P.Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, Laurel, MD 20723, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Richardson, J.Kavli Institute for Astrophysics and Space Research and Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhu, X.Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR), University of Alabama in Huntsville, Huntsville, AL 35899, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wu, Y.Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR), University of Alabama in Huntsville, Huntsville, AL 35899, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sokół, J. M.Southwest Research Institute, San Antonio, TX 78228, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nikoukar, R.Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, Laurel, MD 20723, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Juli 2025
Erschienen in:The Astrophysical Journal
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:987
DOI:10.3847/1538-4357/adde4f
Seitenbereich:182 (19pp)
Verlag:American Astronomical Society
ISSN:0004-637X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Sun, Interplanetary turbulence, Solar wind, Pickup ions, Cosmic rays
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt Weltraumwetterforschung
Standort: Neustrelitz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solar-Terrestrische Physik > Solar-Terrestrische Kopplungsprozesse
Hinterlegt von: Tasnim, Samira
Hinterlegt am:29 Sep 2026 14:36
Letzte Änderung:02 Okt 2026 09:56

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