Energy Transfer and Dissipation in Plasma Turbulence: From Compressible MHD to Collisionless Plasma

این کتاب پازل دیرینه انتقال انرژی و اتلاف انرژی در تلاطم پلاسما را بازبینی می‌کند و دیدگاه‌های جدیدی را بر اساس هر دو مدل مگنتوهیدرودینامیکی (MHD) و Vlasov معرفی می‌کند. سناریوی کلاسیک آبشار انرژی در توضیح گرمایش تاج و باد خورشیدی کلیدی است. با استفاده از یک طرح ترکیبی با وضوح بالا (تفاوت محدود فشرده و WENO)، این کتاب ویژگی‌های آبشار MHD قابل تراکم را به طور مفصل مورد مطالعه قرار می‌دهد، برای مثال، به منظور تقریب یک آبشار واقعی پلاسمایی به‌عنوان «شبیه کلموگروف» و درک ویژگی‌هایی که فراتر از نظریه های ساده شده معمول مبتنی بر مدل های تراکم ناپذیر است. هنگام نزدیک شدن به مقیاس‌های جنبشی که در آن باید اثرات پلاسما در نظر گرفته شود، از تجزیه و تحلیل ابتدایی معادلات Vlasov-Maxwell برای کمک به شناسایی کانال‌هایی استفاده می‌کند که از طریق آنها انتقال انرژی باید از بین برود. علاوه بر این، نشان می دهد که اندرکنش فشار-کرنش در تولید انرژی داخلی اهمیت زیادی دارد. این تحلیل، بر خلاف بسیاری از مطالعات اخیر دیگر، فرضیاتی در مورد حالت‌های موج، بی‌ثباتی یا سایر مکانیسم‌های خاص مسئول دینامیک ایجاد نمی‌کند - نتایج پیامدهای مستقیم معادلات سیستم Vlasov-Maxwell هستند. این یک گام مهم به سمت درک اتلاف در پلاسمای آشفته بدون برخورد در فضا و اخترفیزیک است.

This book revisits the long-standing puzzle of cross-scale energy transfer and dissipation in plasma turbulence and introduces new perspectives based on both magnetohydrodynamic (MHD) and Vlasov models. The classical energy cascade scenario is key in explaining the heating of corona and solar wind. By employing a high-resolution hybrid (compact finite difference & WENO) scheme, the book studies the features of compressible MHD cascade in detail, for example, in order to approximate a real plasma cascade as “Kolmogorov-like” and to understand features that go beyond the usual simplified theories based on incompressible models. When approaching kinetic scales where plasma effects must be considered, it uses an elementary analysis of the Vlasov–Maxwell equations to help identify the channels through which energy transfer must be dissipated. In addition, it shows that the pressure–strain interaction is of great significance in producing internal energy. This analysis, in contrast to many other recent studies, does not make assumptions about wave-modes, instability or other specific mechanisms responsible for the dynamics – the results are direct consequences of the Vlasov–Maxwell system of equations. This is an important step toward understanding dissipation in turbulent collisionless plasma in space and astrophysics.