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快速太阳风中阿尔法粒子/质子的磁声波不稳定性
在快速太阳风中观察到离子速度分布的非热致典型特征就是：两种质子组分之间存在相对流动、阿尔法/质子相对漂移和质子核温度各项异性（下标指示出了相对于背景磁场的方向）。所有这些非热致特征导致了一些电磁不稳定性的产生。这里，线性符拉索夫理论和一维混合模拟被应用在均匀磁化、无碰撞等离子体模型下的不稳定性研究。在这样的前提下，磁声波和阿尔芬/回旋加速这两种模型都将产生不稳定性。我们将要展示的是在某些特定前提（诸如快速太阳风、平行磁场方向传播）下，质子核温度各项异性在对每一种离子成份进行波粒散射修正对比于各项同性所扮演的重要角色。这种效应减少了对质子流和阿尔法粒子的加热和各项异性的加强，并使质子/质子、阿尔法粒子/质子的相对漂移速度低于相应的各项同性不稳定性的临界值。这种结果也给那些对应于不同种类等离子体在不同不稳定性临界值下观察限制的物理设想以佐证，并且也更加符合现在的太阳风观测结果。

简 要 介 绍
在快速太阳风中（），对当地等离子体特性的度量显示了关于粒子速度分布的多种非热致特征。事实上，不同要求的数据表明了质子分布能用双峰束流和平行于背景磁场的相对漂移速率来建立模型。相关的太阳观测表明：（表示当地的阿尔芬速度）。最近，Goldstein在利用尤里西斯探测器进行测量时发现。此外，通常认为每一种质子成份在观测时是符合双麦克斯韦分布的（）。这是与热力学平衡相背离的，其结果将使得一些不稳定性的增加。
在高速太阳风中，像阿尔法粒子这样在等离子体中比例较少的离子，它们的漂移速率通常要比那些占主要数量的质子团更大。观测得到，质子/阿尔法离子的平均漂移速度约等于阿尔芬速度或者稍微小一点。此外，当地的测量表明并不是所有比例较少的离子都比质子漂移的快，但是他们都共同被优先加热。这些非热致特征也可能导致了一些独特的电磁不稳定性。
在最近的几年里，一些学者研究了在快速太阳风这个具有代表性的前提下，一些可能发生的不稳定性的线性和非线性行为。有人利用线性符拉索夫理论进行研究的结果表明：在一个天文单位处的快速太阳风典型参数前提下，有两种模式更易于增长：一种是磁声波不稳定性，一种是斜的阿尔芬不稳定性。假定束流和核是各项同性的，Daughton和Gary的线性理论表明在较低的束流密度时，磁声波不稳定性有更低的临界值和更大的增长率，而斜的阿尔芬不稳定性则相反的表现出更大的不稳定性。他们还描述了在快速太阳风中这些不稳定性的首次模拟研究，指出由于这些不稳定性产生的波动加强区域导致了相对漂移速率的减少和束流成份中的增长。
Li和Habbal认为关于质子/阿尔法粒子磁声波不稳定性的线性符拉索夫理论是由质子/电子等离子体中阿尔法粒子和质子的相对漂移引起的。他们指出的各项异性能够显著的加强这种增长模式，并且减小阿尔法粒子和质子之间的相对漂移速率以满足不稳定性条件。
随后进行的线性符拉索夫理论和混合模拟的研究是为了调查质子/阿尔法粒子磁声波不稳定性和对每一种离子成份的波粒散射结果。Gary等人发现这种不稳定性的最大增长率取决于，在附近取相对的最值，并随着的衰减而增强。从模拟中他们还发现从不稳定性中得到加强的波动使得减小，导致的适当变化，在垂直背景磁场的方向上优先加热阿尔法粒子，使阿尔法粒子温度增加。
这些工作由于大量的观测和那些提出对快速太阳分中磁声波不稳定性加以关注的理论结果而得到推动。首先，Daughton等人的模拟表明：如果并且两者的速率分布最初都是各项同性的，那么磁声波不稳定性将会导致，表面上与Feldman等人的各项异性观测相反。但是，事实上Feldman等人利用从快速太阳风中得到的LosAlamos IMP 7&8的粒子数据，找到了相反关系的清晰证据；其次，相对漂移速率的观测值要小于线性理论决定的上限；第三，阿尔法/质子模拟导致了的结果，然而观测值却显示了阿尔法粒子各项异性的相反性质。最后，我们在相比以前的模拟而言不太严格的初始条件下得到了更加符合尤里西斯和太阳观测的结果。
在这篇文章中，我们利用线性符拉索夫理论来调查观测到的质子核各项异性是如何影响磁声波不稳定性和在温度各项异性下的结果，以及质子流和阿尔法粒子相对漂移速率的关系。

线 性 理 论

在以前的研究中，粒子不是被当作小量忽略掉（在太阳风组分中的比例很小，0.05）,就是作为试探粒子出现在离子回旋波的色散关系中。最近，Isenberg在色散关系中提到了粒子的色散效应。他指出对离子回旋波和太阳风中粒子之间共振相互作用的完整研究必须包含各组分之间的相对漂移效应，这种相对漂移能大幅度地对色散关系进行修正。
在的前提下，离子组分之间的相对漂移将在色散关系中引入一个新的分项，这个新的分项将使粒子能被很好地加速到超过质子的速度，同时也表明在质子温度各项异性效应比较明显时（）,波动将在的角频率附近表现出很强的不稳定性，并且在质子的角频率附近逐渐损耗。这种物理机制能够有效地将粒子加速到一个较高的数值。在高速太阳风中，，而不象低速太阳风中的<1。
我们假定高速太阳风能够用温度各项异性系数和离子分数（0.04）的双麦克斯韦分布函数描述，考虑等离子体是由质子、电子和阿尔法粒子组成，其中质子是参考背景。在此前提下，沿磁场方向传播的左旋离子回旋电磁波的色散关系由下面的式子给出：

（1）
其中：，，，是等离子体色散函数，
，，是阿尔芬速率，。
若考虑温度各项异性，令： ，则可得色散关系：

（3）
又令： （4）
对函数渐进展开到一级近似：
显然此处的=1，

+

+ （5）
令

令 ，

令

（6）

其中（5）式给出了色散关系的表达式，而（6）式给出了不稳定性增长率的关系式。

结 果 分 析

利用线性理论得到的色散关系和不稳定性增长率的解析解，我们可以得出一些我们感兴趣的参数之间的关系图。
在Table 1中我们列出了一些处理线性色散关系的无量纲参数的数值，Figure 1中我们给出了载不同的温度各项异性情况下色散关系曲线：
Table 1.阿尔法粒子/质子不稳定性研究中德等离子体参数:
参数
电子
质子
阿尔法粒子

1.0
1.0
1.0

1.0
0.9
0.036

1.0
1.0-3.0
0.4-0.7

0.0
-0.291
1.309
Figure 1.在质子/阿尔法粒子束流等离子体中，从0到2变化的色散关系特性：

=0.7 =0.6

=0.5 =0.4

发现色散关系与无关（色散关系中不包含这一项），与关系很小，几乎可以忽略。选择两支我们感兴趣的波，得到的不稳定性增长率如下：

由上面的两张图我们可以得知这样的结论：当y>0时，不稳定性增长率基本上等于零，系统是稳定的；当y<0时，不稳定性增长率均为正值，扰动模式将随时间呈指数增长。在y= -0.605处增长率达到最大。所以，y<0的波形在实际中不存在。

由上面的两张图我们可以得知这样的结论：当y>0时，不稳定性增长率等于零或者小于零，系统是稳定的，在y= 0.665处增长率达到最小，扰动项衰减最快；当y<0时，不稳定性增长率均为正值，但是随着y 的增长而减小，进而扰动模式将随着时间变化呈指数增长，但是增长幅度逐渐减小。在y= -0.605处增长率达到最大。所以，y<0的波形在实际中不存在。