Wave Processes in Plasma Astrophysics

封面

如何引用文章

全文:

详细

Theoretical studies of wave processes in rotating astrophysical plasma are discussed, with a particular emphasis on new theoretical models of astrophysical plasma such as the magnetohydrodynamic shallow water approximation and anelastic approximation, together with the frequently-used Boussinesq approximation. In addition to the traditional approximation for Coriolis force, effects are discussed, which are caused by its non-traditional representation that accounts for the horizontal rotation component. Linear waves in such plasma are described in detail, and their dispersion properties are discussed. An overview of instabilities in astrophysical plasma is given, which are caused by nonlinear effects.

作者简介

M. Fedotova

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Email: apetrosy@iki.rssi.ru
117997, Moscow, Russia

D. Klimchakov

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Email: apetrosy@iki.rssi.ru
117997, Moscow, Russia

A. Petrosyan

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology

编辑信件的主要联系方式.
Email: apetrosy@iki.rssi.ru
117997, Moscow, Russia; Dolgoprudny, Russia

参考

  1. Miesch M.S., Gilman P.A. // Solar Phys. 2004. V. 220. P. 287.
  2. Gilman P.A. // Astrophys. J. Lett. 2000. V. 544. P. L79.
  3. Zaqarashvili T.V., Oliver R., Ballester J.L., Shergelashvili B.M. // Astron. Astrophys. 2007. V. 470. P. 815.
  4. Heng K., Spitkovsky A. // Astrophys. J. 2009. V. 703. P. 1819.
  5. Spitkovsky A., Levin Y., Ushomirsky G. // Astrophys. J. 2002. V. 566. P. 1018.
  6. Inogamov N.A., Sunyaev R.A. // Astron. Lett. 1999. V. 25. P. 269.
  7. Inogamov N.A., Sunyaev R.A. // Astron. Lett. 2010. V. 36. P. 848.
  8. Cho J.Y.K. // Philosophical Transac. Royal Soc. A: Mathematical, Phys. Engineering Sci. 2008. V. 366. P. 4477.
  9. Heng K., Workman J. // Astrophys. J. Supplement Ser. 2014. V. 213. P. 27.
  10. Heng K., Showman A.P. // Ann. Rev. Earth Planetary Sci. 2015. V. 43. P. 509.
  11. Tobias S.M., Diamond P.H., Hughes D.W. // Astrophys. J. Lett. 2007. V. 667. P. L113.
  12. Balk A.M. // Astrophys. J. 2014. V. 796. P. 143.
  13. Карельский К.В., Петросян А.С., Тарасевич С.В. // ЖЭТФ. 2011. Т. 140. С. 606.
  14. Karelsky K.V., Petrosyan A.S., Tarasevich S.V. // Physica Scripta. 2013. V. T155. P. 014024.
  15. De Sterck H. // Phys. Plasmas. 2001. V. 8. P. 3293.
  16. Dellar P.J. // Phys. Plasmas. 2003. V. 10. P. 581.
  17. Zeitlin V. // Nonlinear Processes Geophys. 2013. V. 20. P. 893.
  18. Aristov S.N., Frik P.G. // J. Appl. Mechanics Technical Phys. 1991. V. 32. P. 189.
  19. Карельский К.В., Петросян А.С., Черняк А.В. // ЖЭТФ. 2012. Т. 141. С. 1206.
  20. Карельский К.В., Петросян А.С., Черняк А.В. // ЖЭТФ. 2013. Т. 143. С. 779.
  21. Зельдович Б., Райзер Ю. Физика ударных волн и высокотемпературных явлений. М.: Наука, 1966.
  22. Рождественский Б.Л., Яненко Н.Н. Системы квазилинейных уравнений и их приложения к газовой динамике. М.: Наука, 1968.
  23. Годунов С.К. // Математич. сборник. 1959. Т. 47. С. 271.
  24. Karelsky K.V., Petrosyan A.S., Slavin A.G. // Russian J. Numerical Analysis Mathematical Modelling. 2009. V. 24. № 3. P. 229.
  25. The solar tachocline // Eds. Hughes D.W., Rosner R., Weiss N.O. Cambridge University Press, 2007.
  26. Dikpati M., Gilman P.A. // Astrophys. J. 2001. V. 551. P. 536.
  27. Zaqarashvili T.V., Oliver R., Ballester J.L., Carbonell M., Khodachenko M.L., Lammer H., Leitzinger M., Odert P. // Astron. Astrophys. 2011. V. 532. P. A139.
  28. Braithwaite J., Spruit H.C. // Royal Soc. Open Sci. 2017. V. 4. P. 160271.
  29. Philidet J., Gissinger C., Ligniéres F., Petitdemange L. // Geophys. Astrophys. Fluid Dynamics. 2020. V. 114. P. 336.
  30. Stone J.M., Hawley J.F., Gammie C.F., Balbus S.A. // Astrophys. J. 1996. V. 463. P. 656.
  31. Batygin K., Stanley S., Stevenson D.J. // Astrophys. J. 2013. V. 776. P. 53.
  32. Löptien B., Gizon L., Birch A.C., Schou J., Proxauf B., Duvall Jr. T.L., Bogart R.S., Christensen U.R. // Nature Astron. 2018. V. 2. P. 568.
  33. Dikpati M., Belucz B., Gilman P.A., McIntosh S.W. // Astrophys. J. 2018. V. 862. P. 159.
  34. Böning V.G.A., Hu H., Gizon L. // Astron. Astrophys. 2019. V. 629. P. A26.
  35. Saio H. // Astrophys. J. 1982. V. 256. P. 717.
  36. Sturrock P.A., Bush R., Gough D.O., Scargle J.D. // -Astrophys. J. 2015. V. 804. P. 47.
  37. Wolff C.L. // Astrophys. J. 1998. V. 502. P. 961.
  38. McIntosh S.W., Cramer W.J., Marcano M.P., Lea-mon R.J. // Nature Astron. 2017. V. 1. P. 0086.
  39. Zaqarashvili T.V., Gurgenashvili E. // Frontiers Astron. Space Sci. 2018. V. 5. P. 7.
  40. Gizon L., Fournier D., Albekioni M. // Astron. Astrophys. 2020. V. 642. P. A178.
  41. Dikpati M., Cally P.S., McIntosh S.W., Heifetz E. // Sci. Reps. 2017. V. 7. P. 14750.
  42. Hunter S. Waves in shallow water magnetohydrodynamics: диc. University of Leeds, 2015.
  43. Федотова М.А., Климачков Д.А., Петросян А.С. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. С. 57.
  44. Petrosyan A.S., Klimachkov D.A., Fedotova M.A., Zinyakov T.A. // Atmosphere. 2020. V. 11. P. 314.
  45. Karelsky K.V., Petrosyan A.S., Tarasevich S.V. // J. Experimental Theoretical Phys. 2014. V. 119. P. 311.
  46. Климачков Д.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2016. Т. 149. С. 965.
  47. Климачков Д.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2016. Т. 150. С. 602.
  48. Климачков Д.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2017. Т. 152. С. 705.
  49. Klimachkov D.A., Petrosyan A.S. // Phys. Lett. A. 2017. V. 381. P. 106.
  50. Zaqarashvili T.V., Oliver R., Ballester J.L. // Astrophys. J. Lett. 2009. V. 691. P. L41.
  51. Márquez-Artavia X., Jones C.A., Tobias S.M. // Geophys. Astrophys. Fluid Dynamics. 2017. V. 111. P. 282.
  52. Zaqarashvili T. // Astrophys. J. 2018. V. 856. P. 32.
  53. Петвиашвили В.И., Похотелов О.А. Уединенные волны в плазме и атмосфере. М.: Энергоатомиздат, 1989.
  54. Vallis G.K. Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics: Fundamentals and Large-Scale Circulation. Cambridge Univ. Press, 2006.
  55. Zeitlin V. Geophysical fluid dynamics: understanding (almost) everything with rotating shallow water models. Oxford Univ. Press, 2018.
  56. Kaladze T.D., Horton W., Kahlon L.Z., Pokhotelov O., Onishchenko O. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013. V. 118. P. 7822.
  57. Онищенко О.Г., Похотелов О.А., Астафьева Н.М. // УФН. 2008. Т. 178. С. 605.
  58. Onishchenko O.G., Pokhotelov O.A., Sagdeev R.Z., Shukla P.K., Stenflo L. // Nonlinear Processes Geophys. 2004. V. 11. P. 241.
  59. Dikpati M., Charbonneau P. // Astrophys. J. 1999. V. 518. P. 508.
  60. Dikpati M., Gilman P.A., Chatterjee S., McIntosh S.W., Zaqarashvili T.V. // Astrophys. J. 2020. V. 896. P. 141.
  61. Mandal K., Hanasoge S. // Astrophys. J. 2020. V. 891. P. 125.
  62. Raphaldini B., Raupp C.F.M. // Astrophys. J. 2015. V. 799. P. 78.
  63. Raphaldini B., Medeiros E., Raupp C.F.M., Teruya A.S. // Astrophys. J. Lett. 2020. V. 890. P. L13.
  64. Andersson N., Kokkotas K., Schutz B.F. // Astrophys. J. 1999. V. 510. P. 846.
  65. Lou Y.Q. // Astrophys. J. Lett. 2001. V. 563. P. L147.
  66. Lou Y.Q., Lian B. // Monthly Notices Royal Astron. Soc. 2012. V. 420. P. 2147.
  67. Liang Z.C., Gizon L., Birch A.C., Duvall Jr. T.L. // A-stron. Astrophys. 2019. V. 626. P. A3.
  68. Dikpati M., McIntosh S.W., Bothun G., Cally P.S., Ghosh S.S., Gilman P.A., Umurhan O.M. // Astrophys. J. 2018. V. 853. P. 144.
  69. Lou Y.Q. // Astrophys. J. 2000. V. 540. P. 1102.
  70. Dikpati M., McIntosh S.W. // Space Weather. 2020. V. 18. P. e2018SW002109.
  71. Dikpati M., McIntosh S.W., Wing S. // Frontiers Astron. Space Sci. 2021. V. 8. P. 71.
  72. Kuhn J.R., Armstrong J.D., Bush R.I., Scherrer P. // Nature. 2000. V. 405. P. 544.
  73. Gibson S.E., Vourlidas A., Hassler D.M., Rachmeler L.A., Thompson M.J., Newmark J., Velli M., Title A., McIntosh S.W. // Frontiers Astron. Space Sci. 2018. V. 5. P. 32.
  74. Zaqarashvili T.V., Carbonell M., Oliver R., Ballester J.L. // Astrophys. J. 2010. V. 709. P. 749.
  75. Zaqarashvili T.V., Oliver R., Hanslmeier A., Carbonell M., Ballester J.L., Gachechiladze T., Usoskin I.G. // Astrophys. J. Lett. 2015. V. 805. P. L14.
  76. McIntosh S.W., Leamon R.J., Krista L.D., Title A.M., Hudson H.S., Riley P., Harder J.W., Kopp G., Snow M., Woods T.N., Kasper J.C., Stevens M.L., Ulrich R.K. // Nature Communic. 2015. V. 6. P. 6491 .
  77. Климачков Д.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2018. Т. 154. С. 1239.
  78. Федотова М.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2020. Т. 158. С. 374.
  79. Yano J.I. // J. Fluid Mechanics. 2017. V. 810. P. 475.
  80. Billant P., Chomaz J.M. // Phys. Fluid. 2001. V. 13. P. 1645.
  81. Lee S., Takada R. // Indiana University Mathematics J. 2017. P. 2037.
  82. Takehiro S. // Phys. the Earth and Planetary Interiors. 2015. V. 241. P. 37.
  83. Takehiro S., Sasaki Y. // Phys. the Earth and Planetary Interiors. 2018. V. 276. P. 258.
  84. Nakagawa T. // Phys. the Earth and Planetary Interiors. 2011. V. 187. P. 342–352.
  85. Berkoff N.A. The Anelastic Approximation: Magnetic Buoyancy and Magnetoconvection: диc. University of Leeds, 2011.
  86. Spiegel E.A., Veronis G. // Astrophys. J. 1960. V. 131. P. 442.
  87. Spiegel E.A., Weiss N.O. // Geophys. Astrophys. Fluid Dynamics. 1982. V. 22. P. 219.
  88. Федотова М.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2020. Т. 158. С. 1188.
  89. Fedotova M., Klimachkov D., Petrosyan A. // Universe. 2021. V. 7. P. 87.
  90. Brown B.P., Vasil G.M., Zweibel E.G. // Astrophys. J. 2012. V. 756. P. 109.
  91. Almgren A.S., Bell J.B., Nonaka A., Zingale M. // Computing Sci. Engineering. 2009. V. 11. P. 24.
  92. Batchelor G.K. // Quarterly J. Royal Meteorological Soc. 1953. V. 79. P. 224.
  93. Charney J.G., Ogura Y. // J. Meteorological Soc. Japan. Ser. II. 1960. V. 38. P. 19a.
  94. Gough D.O. // J. Atmospheric Sci. 1969. V. 26. P. 448.
  95. Bannon P.R. // J. Atmospheric Sci. 1996. V. 53. P. 3618.
  96. Calkins M.A., Julien K., Marti P. // Proceed. Royal Soc. A: Mathematical, Phys. Engineering Sci. 2015. V. 471. P. 20140689.
  97. Paolucci S. // NASA STI/Recon Technical Report N. 1982. V. 83. P. 26036.
  98. Botta N., Klein R., Almgren A. Dry atmosphere asymptotics. Potsdam Inst. for Climate Impact Research, 1999.
  99. Klein R. et al. // J. Engineering Mathemat. 2001. V. 39. P. 261.
  100. Braginsky S.I., Roberts P.H. // Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. 1995. V. 79. P. 1.
  101. Glatzmaier G.A., Roberts P.H. // Physica D: Nonlinear Phenomena. 1996. V. 97. P. 81.
  102. Olson P., Christensen U.R. // Earth Planetary Sci. Lett. 2006. V. 250. P. 561.
  103. Jones C.A., Kuzanyan K.M., Mitchell R.H. // J. Fluid Mechanics. 2009. V. 634. P. 291.
  104. Gilman P.A., Glatzmaier G.A. // Astrophys. J. Supplement Ser. 1981. V. 45. P. 335.
  105. Yadav R.K., Bloxham J. // Proceed. National Academy Sci. 2020. V. 117. P. 13991.
  106. Glatzmaier G.A. // J. Computational Phys. 1984. V. 55. P. 461.
  107. Lantz S.R., Fan Y. // Astrophys. J. Supplement Ser. 1999. V. 121. P. 247.
  108. Miesch M.S., Elliott J.R., Toomre J., Clune T.L., Glatzmaier G.A., Gilman P.A. // Astrophys. J. 2000. V. 532. P. 593.
  109. Brun A.S., Miesch M.S., Toomre J. // Astrophys. J. 2004. V. 614. P. 1073.
  110. Brown B.P., Browning M.K., Brun A.S., Miesch M.S., Toomre J. // Astrophys. J. 2008. V. 689. P. 1354.
  111. Brown B.P., Miesch M.S., Browning M.K., Brun A.S., Toomre J. // Astrophys. J. 2011. V. 731. P. 69.
  112. Smolarkiewicz P.K., Charbonneau P. // J. Computational Phys. 2013. V. 236. P. 608.
  113. Fedotova M., Klimachkov D., Petrosyan A. // Monthly Notices Royal Astronom. Soc. 2022. V. 509. P. 314326.
  114. Должанский Ф. Основы геофизической гидродинамики. Litres, 2018.
  115. Showman A.P., Tan X., Parmentier V. // Space Sci. Rev. 2020. V. 216. P. 1.
  116. Онищенко О.Г., Похотелов О.А., Астафьева Н.М., Хортон В., Федун В.Н. // УФН. 2020. Т. 190. С. 732.
  117. Zaqarashvili T.V., Albekioni M., Ballester J.L., Bekki Y., Biancofiore L., Birch A.C., Dikpati M., Gizon L., Gurgenashvili E., Heifetz E., Lanza A.F., McIntosh S. W., Ofman L., Oliver R., Proxauf B., Umurhan O.M., Yellin-Bergovoy R. // Space Sci. Rev. 2021. T. 217. C. 1.
  118. Незлин М.В. Вихри Россби и спиральные структуры: Астрофизика и физика плазмы в опытах на мелкой воде. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990.
  119. Raymond D.J. Physics 589 – Geophysical Fluid Dynamics. Wave modes of a resting atmosphere. Chapter 3: Sound, Inertia-Gravity Waves, and Lamb Waves // Physics Internal Website. http://kestrel.nmt.edu/raymond/classes/ph589/notes/ssmodes/ssmodes.pdf.
  120. Goldstein J., Townsend R.H.D., Zweibel E.G. // Astrophys. J. 2019. V. 881. P. 66.
  121. Newell A.C. // J. Fluid Mechanics. 1969. V. 35. P. 255.
  122. Ostrovsky L. Asymptotic perturbation theory of waves. World Scientific, 2014.
  123. D. Craik Wave interactions and fluid flows. Cambridge: Univ. Press, 1988.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2.

下载 (196KB)
索引源数据
3.

下载 (163KB)
索引源数据
4.

下载 (287KB)
索引源数据
5.

下载 (301KB)
索引源数据
6.

下载 (162KB)
索引源数据
7.

下载 (80KB)
索引源数据
8.

下载 (78KB)
索引源数据
9.

下载 (125KB)
索引源数据
10.

下载 (203KB)
索引源数据
11.

下载 (217KB)
索引源数据
12.

下载 (303KB)
索引源数据
13.

下载 (311KB)
索引源数据
14.

下载 (215KB)
索引源数据
15.

下载 (312KB)
索引源数据
16.

下载 (168KB)
索引源数据
17.

下载 (188KB)
索引源数据
18.

下载 (275KB)
索引源数据
19.

下载 (244KB)
索引源数据
20.

下载 (91KB)
索引源数据
21.

下载 (352KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».