WikiEdge:ArXiv速递/2025-05-14

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-磁流体湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的三维霍尔磁流体力学（3D HMHD）等离子体湍流衰减现象，开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并阐明三个特征尺度——动能与磁耗散长度尺度 $η_{u}$ 、 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ （低于该尺度时霍尔效应显现）之间的微妙相互作用。这种相互作用通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察，并分别通过动能谱 $E_{u} (k)$ 和磁能谱 $E_{b} (k)$ 得到清晰呈现。我们发现两个不同的惯性区：在第一惯性区 $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ 中，无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现与Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度一致的幂律分布；而在第二惯性区 $k > k_{i}$ 中， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。我们进一步通过理论推导证明：当 $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ，当 $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，且DNS结果与理论预测相符。此外，我们还分析了导致离子回旋波或哨声波分别占主导地位的场左旋与右旋涨落现象。

摘要

原文标题：Fully analytical propagator for lunar satellite orbits in closed form
中文标题：闭合形式月球卫星轨道的全解析传播算法
发布日期：2025-05-14 09:29:41+00:00
作者：Rita Mastroianni, Edoardo Legnaro, Christos Efthymiopoulos
分类：astro-ph.EP, astro-ph.IM, math-ph, math.MP
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09241v1

中文摘要：摘要：我们提出了一种完全解析的月球人造卫星轨道传播器，在包含月球引力和第三体作用的模型中具有足够精度，适用于广泛的实际应用场景。该引力模型整合了12个最重要的月球引力谐波项以及地球四极潮汐项，并精确描述了地月历表，其精度可与更复杂的半解析传播器SELENA[6]相媲美，适用于300至3000公里高度的卫星轨道。通过本文解析理论的公式，可便捷地纳入更完整引力模型的附加项。该理论基于哈密顿正则形式的闭式解，推导出运动方程长期项的近似解析解，包含两种要素变换：从瞬时根数到平根数（如[6]），以及从平根数到本征根数。在本征根数下的解是平凡的，通过上述变换的逆运算，无需数值传播即可根据初始时刻 $t_{0}$ 的瞬时根数条件，解析获得任意时刻t的卫星位置和速度。该传播模型在数十年时间跨度内有效，适用于所有不会坠入月球表面的初始条件（除已识别的、对应卫星长期频率与地月轨道长期频率通约的薄共振带外）。我们在代码库[14]中提供了实现该传播器的开源Python 程序和符号计算例程，并报告了与笛卡尔坐标下全数值轨道传播的精度对比测试。

摘要

原文标题：Fully analytical propagator for lunar satellite orbits in closed form
中文标题：闭式月球卫星轨道全解析传播模型
发布日期：2025-05-14 09:29:41+00:00
作者：Rita Mastroianni, Edoardo Legnaro, Christos Efthymiopoulos
分类：astro-ph.EP, astro-ph.IM, math-ph, math.MP
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09241v1

中文摘要：我们提出了一种完全解析的月球人造卫星轨道传播器，在包含月球引力和第三体作用的模型中具有足够精度，适用于广泛的实际应用场景。该引力模型整合了12个最重要的月球引力谐波项以及地球四极潮汐项，并精确描述了地月历表，其精度与更复杂的半解析传播器SELENA[6]相当，适用于300至3000公里高度的卫星轨道。通过本文解析理论提供的公式，可便捷地纳入更完整引力模型的附加项。该理论基于哈密顿正则形式的闭式近似解析解，推导运动方程长期项的解法，包含两种要素变换：从瞬时根数到平根数（如[6]），以及从平根数到本征根数。在本征根数下的解是平凡的，通过上述变换的逆运算，无需数值传播即可根据初始时刻 $t_{0}$ 的瞬时根数条件解析获得任意时刻t的卫星位置和速度。该传播模型有效期达数十年，适用于所有不会撞击月球表面的初始条件（除已识别的、对应卫星长期频率与地月轨道长期频率通约的薄层共振区外）。我们在代码库[14]中提供了实现该传播器的开源Python程序和符号计算例程，并报告了与笛卡尔坐标下全数值轨道传播的精度对比测试结果。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：揭示三维霍尔-MHD湍流的多样性
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的三维霍尔磁流体力学（3D HMHD）等离子体衰变湍流开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个特征尺度（动能耗散尺度 $η_{u}$ 、磁耗散尺度 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔效应的显现。通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察到这种相互作用，而动能能谱 $E_{u} (k)$ 与磁能能谱 $E_{b} (k)$ 则清晰地量化了这一现象。研究发现存在两个不同的惯性区：在第一惯性区 $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ 中，无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现符合Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度的幂律分布；在第二惯性区 $k > k_{i}$ 中， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。理论分析表明： $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ， $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，模拟结果与理论预测一致。此外，我们还研究了导致离子回旋波与哨声波分别占主导地位的左旋与右旋场涨落。

摘要

原文标题：Fully analytical propagator for lunar satellite orbits in closed form
中文标题：闭合形式月球卫星轨道的全解析传播算法
发布日期：2025-05-14 09:29:41+00:00
作者：Rita Mastroianni, Edoardo Legnaro, Christos Efthymiopoulos
分类：astro-ph.EP, astro-ph.IM, math-ph, math.MP
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09241v1

中文摘要：我们提出了一种完全解析的月球人造卫星轨道传播器，在包含月球引力和第三体作用的模型中具有足够精度，可满足广泛实际应用需求。该引力模型整合了12个最重要的月球引力谐波项以及地球四极潮汐项，并精确描述了地月历表，其精度与更复杂的半解析传播器SELENA[6]相当，适用于300至3000公里高度的卫星轨道。通过本文解析理论公式，可便捷地纳入更完整引力模型的附加项。该理论基于哈密顿正则形式的闭式近似解析解，推导运动方程长期项的解法，包含两种要素转换：从瞬时要素到平均要素（如[6]），以及从平均要素到本征要素。在本征要素框架下问题求解简化为直接计算，通过上述转换的逆过程，无需数值传播即可根据初始时刻 $t_{0}$ 的瞬时要素条件，解析获得任意时刻t的卫星位置与速度。该传播模型有效期达数十年，适用于所有不会撞击月表的初始条件（除特定薄层共振区外，这些区域对应卫星长期频率与地月轨道长期频率的通约关系）。我们在代码库[14]中提供了实现该传播器的开源Python程序和符号计算例程，并报告了与笛卡尔坐标全数值轨道传播的精度对比测试结果。

摘要

原文标题： $g$ factor of the $2 p_{j}$ excited states in lithium-like ions
中文标题：类锂离子 $2 p_{j}$ 激发态的 $g$ 因子
发布日期：2025-05-14 17:10:34+00:00
作者：D. V. Zinenko, V. A. Agababaev, D. A. Glazov, A. V. Malyshev, A. D. Moshkin, E. V. Tryapitsyna, A. V. Volotka
分类：physics.atom-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09567v1

中文摘要：摘要：本文针对类锂离子最低激发态 $2 p_{1 / 2}$ 和 $2 p_{3 / 2}$ 的 $g$ 因子，在核电荷数 $Z = 10 - 92$ 的广泛范围内进行了相对论计算。电子间相互作用采用微扰理论处理至二阶。单圈QED贡献以 $α Z$ 的所有阶次进行计算，同时考虑了核反冲效应的主要贡献。研究还纳入了磁场中的二次项和三次项影响。所有计算均采用一组屏蔽势来估算未知的高阶关联效应。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-磁流体湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的三维霍尔磁流体动力学（3D HMHD）等离子体湍流衰减过程，开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD 湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并阐明三个特征尺度（动能耗散尺度 $η_{u}$ 、磁耗散尺度 $η_{b}$ 及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔效应的显现。通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察到这种相互作用，而动能能谱 $E_{u} (k)$ 与磁能能谱 $E_{b} (k)$ 则清晰地展现了这一现象。研究发现存在两个不同的惯性区：在第一惯性区 $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ 中，无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现符合Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度的幂律分布；在第二惯性区 $k > k_{i}$ 中， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。理论分析表明： $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ， $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，DNS结果与理论预测一致。此外，我们还研究了导致离子回旋波与哨声波分别占主导地位的场左旋与右旋涨落。

摘要

原文标题：Fully analytical propagator for lunar satellite orbits in closed form
中文标题：闭式月球卫星轨道全解析传播模型
发布日期：2025-05-14 09:29:41+00:00
作者：Rita Mastroianni, Edoardo Legnaro, Christos Efthymiopoulos
分类：astro-ph.EP, astro-ph.IM, math-ph, math.MP
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09241v1

中文摘要：我们提出了一种完全解析的月球人造卫星轨道传播器，在包含月球重力场和第三体摄动的模型中具有足够精度，适用于广泛的实际应用场景。该重力模型整合了12个最主要的月球重力谐波项以及地球四极潮汐项，并精确描述了地月历表，其精度可与更复杂的半解析传播器SELENA[6]相媲美，适用于300至3000公里高度的卫星轨道。通过本文解析理论的公式，可便捷地纳入更完整重力模型的附加项。该理论基于哈密顿正则形式的闭式解，推导出运动方程长期项的近似解析解。我们建立了两种轨道根数转换：从瞬时根数到平根数（如[6]），以及从平根数到本征根数。在本征根数下的解是平凡的，通过上述转换的逆运算，无需数值传播即可根据初始时刻 $t_{0}$ 的瞬时根数解析获得任意时刻t的卫星位置和速度。该传播模型在数十年时间跨度内有效，适用于所有不会撞击月球表面的初始条件（除已识别的、对应卫星长期频率与地月轨道长期频率通约的薄共振带外）。我们在代码库[14]中提供了实现该传播器的开源Python程序和符号计算例程。文中还报告了与笛卡尔坐标下全数值轨道传播的精度对比测试。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-MHD湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的衰减三维霍尔磁流体动力学（3D HMHD）等离子体湍流开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个特征尺度（动能耗散尺度 $η_{u}$ 、磁耗散尺度 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔项效应。通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察这种相互作用，而动能能谱 $E_{u} (k)$ 与磁能能谱 $E_{b} (k)$ 则清晰地量化了该现象。研究发现存在两个不同的惯性区：在第一惯性区 $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ 中，无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现符合Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度的幂律分布；在第二惯性区 $k > k_{i}$ 中， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。理论分析表明： $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ， $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，DNS结果与理论预测一致。此外，我们还研究了导致离子回旋波与哨声波分别占主导地位的左旋与右旋场涨落。

摘要

原文标题：Fully analytical propagator for lunar satellite orbits in closed form
中文标题：闭式月球卫星轨道全解析传播模型
发布日期：2025-05-14 09:29:41+00:00
作者：Rita Mastroianni, Edoardo Legnaro, Christos Efthymiopoulos
分类：astro-ph.EP, astro-ph.IM, math-ph, math.MP
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09241v1

中文摘要：我们提出了一种完全解析的月球人造卫星轨道传播器，在包含月球引力和第三体作用的模型中具有足够精度，适用于广泛的实际应用场景。该引力模型整合了12个最重要的月球引力谐波项以及地球四极潮汐项，并精确描述了地月历表，其精度可与更复杂的半解析传播器SELENA[6]相媲美，适用于300至3000公里高度的卫星轨道。通过本文解析理论的公式，可便捷地纳入更完整引力模型的附加项。该理论基于哈密顿正则形式的闭式近似解析解，推导运动方程长期项的解法。我们建立了两种要素转换：从瞬时要素到平均要素（如[6]），以及从平均要素到本征要素。在本征要素框架下问题求解变得简单，通过上述转换的逆运算，无需数值传播即可根据初始时刻 $t_{0}$ 的瞬时要素条件，解析获得任意时刻t的卫星位置和速度。该传播模型有效时间跨度达数十年，适用于所有不会坠毁月球表面的初始条件（除已识别的薄层共振区外，这些区域对应卫星长期频率与地月轨道长期频率的通约关系）。我们在代码库[14]中提供了实现该传播器的开源Python程序和符号计算例程，并报告了与笛卡尔坐标下全数值轨道传播的精度对比测试结果。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-MHD湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们对三维霍尔磁流体动力学(3D HMHD)等离子体湍流在三个磁普朗特数( $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ )下的衰减过程进行了广泛的伪谱直接数值模拟(DNS)。这些DNS旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个长度尺度——动能与磁耗散长度尺度 $η_{u}$ 、 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ （低于该尺度可观察到霍尔项效应）之间的微妙相互作用。这种相互作用通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察，而动能能谱 $E_{u} (k)$ 与磁能谱 $E_{b} (k)$ 则清晰地呈现了这一关系。我们发现了两个不同的惯性区：在第一惯性区 $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ 中， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 在所有 $P r_{m}$ 值下均呈现与Kolmogorov标度 $- 5 / 3$ 一致的幂律分布；在第二惯性区 $k > k_{i}$ 中， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱标度指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。我们进一步通过理论证明：当 $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ，当 $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，DNS结果与理论预测相符。此外，我们还研究了导致离子回旋波或哨声波分别占主导地位的场左旋与右旋涨落现象。

摘要

原文标题：Fully analytical propagator for lunar satellite orbits in closed form
中文标题：闭式月球卫星轨道全解析传播模型
发布日期：2025-05-14 09:29:41+00:00
作者：Rita Mastroianni, Edoardo Legnaro, Christos Efthymiopoulos
分类：astro-ph.EP, astro-ph.IM, math-ph, math.MP
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09241v1

中文摘要：我们提出了一种完全解析的月球人造卫星轨道传播器，在包含月球引力和第三体效应的模型中具有足够精度，适用于广泛的实际应用场景。该引力模型整合了12个最重要的月球引力谐波项以及地球四极潮汐项，并精确描述了地月历表，其精度可与更复杂的半解析传播器SELENA[6]相媲美，适用于300至3000公里高度的卫星轨道。通过本文解析理论的公式，可便捷地纳入更完整引力模型的附加项。该理论基于哈密顿正则形式的闭式解，推导出运动方程长期项的近似解析解，包含两种要素转换：从瞬时要素到平均要素（如[6]），以及从平均要素到本征要素。在本征要素框架下问题求解是平凡的，通过上述转换的逆运算，无需数值传播即可根据初始时刻 $t_{0}$ 的瞬时要素解析获得任意时刻t的卫星位置和速度。该传播模型有效期达数十年，适用于所有不会撞击月表的初始条件（除特定细窄的长期共振带外，这些区域对应卫星长期频率与地月轨道长期频率的通约关系）。我们在代码库[14]中提供了实现该传播器的开源Python程序和符号计算例程，并报告了与笛卡尔坐标全数值轨道传播的精度对比测试结果。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-磁流体湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的三维霍尔磁流体力学（3D HMHD）等离子体湍流衰减现象，开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个特征尺度（动能耗散尺度 $η_{u}$ 、磁耗散尺度 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔效应的表现。通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察到这种相互作用，而动能能谱 $E_{u} (k)$ 与磁能能谱 $E_{b} (k)$ 则清晰地量化了这一现象。研究发现存在两个不同的惯性区：在第一惯性区（ $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ ），无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现符合Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度的幂律分布；在第二惯性区（ $k > k_{i}$ ）， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。理论分析表明： $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ， $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，DNS结果与理论预测一致。此外，研究还考察了导致离子回旋波与哨声波分别占主导地位的左旋和右旋场涨落现象。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-磁流体湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们对三维霍尔磁流体动力学(3D HMHD)等离子体湍流在三个磁普朗特数( $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ )下的衰减过程进行了广泛的伪谱直接数值模拟(DNS)。这些DNS旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个特征尺度（动能与磁耗散长度尺度 $η_{u}$ 、 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔效应的表现。这种相互作用虽然通过涡度和电流密度模量的等值面图已能定性显现，但通过动能谱 $E_{u} (k)$ 和磁能谱 $E_{b} (k)$ 得以清晰呈现。我们发现两个不同的惯性区：在第一惯性区( $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ )，所有 $P r_{m}$ 下 $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现与Kolmogorov标度 $- 5 / 3$ 一致的幂律分布；而在第二惯性区( $k > k_{i}$ )， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ —— $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ， $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时为 $- 11 / 3$ 。理论分析表明：当 $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ，而 $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，DNS结果与理论预测相符。此外，我们还研究了导致离子回旋波或哨声波分别占主导地位的场左右偏振涨落。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-MHD湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的三维霍尔磁流体动力学（3D HMHD）等离子体湍流衰减进行了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD 湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个长度尺度——动能与磁耗散尺度 $η_{u}$ 、 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ （低于该尺度时霍尔效应显现）之间的微妙相互作用。这种相互作用通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察，并分别由动能谱 $E_{u} (k)$ 和磁能谱 $E_{b} (k)$ 清晰呈现。我们发现两个不同的惯性区：在第一惯性区 $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ 中，无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现与柯尔莫戈洛夫型 $- 5 / 3$ 标度一致的幂律分布；而在第二惯性区 $k > k_{i}$ 中， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。理论上我们证明：当 $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ，当 $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，模拟结果与理论预测一致。此外，我们还研究了导致离子回旋波或哨声波分别占主导地位的场左右偏振涨落现象。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-磁流体湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的三维霍尔磁流体力学（3D HMHD）等离子体衰变湍流开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个特征尺度（动能耗散尺度 $η_{u}$ 、磁耗散尺度 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔项的效应。通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察到这种相互作用，而动能能谱 $E_{u} (k)$ 与磁能谱 $E_{b} (k)$ 则清晰地量化了这一现象。研究发现存在两个不同的惯性区：在第一惯性区（ $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ ），所有 $P r_{m}$ 条件下 $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现符合Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度的幂律分布；在第二惯性区（ $k > k_{i}$ ）， $E_{b} (k)$ 的标度行为随 $P r_{M}$ 变化—— $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时为 $- 11 / 3$ 。理论分析表明：当 $P r_{m} ≪ 1$ 时满足 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ， $P r_{m} ≫ 1$ 时满足 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，DNS结果与理论预测一致。此外，研究还分析了导致离子回旋波与哨声波分别占主导地位的左旋与右旋场涨落。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-MHD湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的三维霍尔磁流体动力学（3D HMHD）等离子体湍流衰减过程，开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个特征尺度（动能耗散尺度 $η_{u}$ 、磁耗散尺度 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔项效应的显现。通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察到这种相互作用，而动能能谱 $E_{u} (k)$ 与磁能能谱 $E_{b} (k)$ 则清晰地量化了这一现象。研究发现存在两个不同的惯性区：在第一惯性区 $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ 中，无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现符合Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度的幂律分布；在第二惯性区 $k > k_{i}$ 中， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。理论分析表明： $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ， $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，DNS结果与理论预测一致。此外，我们还研究了导致离子回旋波与哨声波分别占主导地位的左旋与右旋场涨落现象。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-磁流体动力学湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的衰减三维霍尔磁流体动力学（3D HMHD）等离子体湍流开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个特征尺度（动能与磁耗散长度尺度 $η_{u}$ 、 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔项效应。通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察到这种相互作用，而动能谱 $E_{u} (k)$ 与磁能谱 $E_{b} (k)$ 则清晰地量化了这一现象。我们发现两个不同的惯性区：在第一惯性区 $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ 中，无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现符合Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度的幂律分布；在第二惯性区 $k > k_{i}$ 中， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。理论分析表明： $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ， $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，模拟结果与理论预测一致。此外，我们还研究了导致离子回旋波与哨声波分别占主导地位的左旋与右旋场涨落。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-MHD湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的三维霍尔磁流体动力学（3D HMHD）等离子体湍流衰减进行了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个长度尺度——动能与磁耗散尺度 $η_{u}$ 、 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ （低于该尺度可观察到霍尔项效应）——之间的微妙相互作用。这种相互作用通过涡度和电流密度模量的等值面图定性显现，并分别由动能能谱 $E_{u} (k)$ 和磁能能谱 $E_{b} (k)$ 清晰呈现。我们发现两个不同的惯性区：在第一惯性区 $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ 中，无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现与Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度一致的幂律分布；而在第二惯性区 $k > k_{i}$ 中， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时为 $- 11 / 3$ 。理论上我们证明：当 $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ，当 $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，模拟结果与理论预测一致。此外，我们还分析了导致离子回旋波或哨声波分别占主导地位的场左旋与右旋涨落。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：揭示三维霍尔-磁流体湍流的多样性
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的衰减三维霍尔磁流体动力学（3D HMHD）等离子体湍流开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个特征尺度（动能耗散尺度 $η_{u}$ 、磁耗散尺度 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔项效应的显现。通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察到这种相互作用，而动能能谱 $E_{u} (k)$ 与磁能能谱 $E_{b} (k)$ 则清晰地量化了这一现象。研究发现存在两个不同的惯性区：在第一惯性区 $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ 中，无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现符合Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度的幂律分布；在第二惯性区 $k > k_{i}$ 中， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。理论分析表明： $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ， $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，模拟结果与理论预测一致。此外，我们还研究了导致离子回旋波与哨声波分别占主导地位的左旋与右旋场涨落现象。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-磁流体湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的衰减三维霍尔磁流体动力学（3D HMHD）等离子体湍流开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并阐明三个特征尺度——动能与磁耗散长度尺度 $η_{u}$ 、 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ （低于该尺度时霍尔效应显现）之间的微妙相互作用。这种相互作用通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察，并分别通过动能谱 $E_{u} (k)$ 和磁能谱 $E_{b} (k)$ 得到清晰呈现。我们发现两个不同的惯性区：在第一惯性区 $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ 中，无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现与柯尔莫哥洛夫型 $- 5 / 3$ 标度一致的幂律分布；而在第二惯性区 $k > k_{i}$ ， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。理论上我们证明：当 $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ，当 $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，模拟结果与理论预测一致。此外，我们还分析了导致离子回旋波或哨声波分别占主导地位的场左旋与右旋涨落现象。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：揭示三维霍尔-磁流体湍流的多样性
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的三维霍尔磁流体动力学（3D HMHD）等离子体湍流衰减进行了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并展现三个特征尺度（动能耗散尺度 $η_{u}$ 、磁耗散尺度 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔项效应。通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察这种相互作用，而动能谱 $E_{u} (k)$ 与磁能谱 $E_{b} (k)$ 则清晰地量化了这一现象。研究发现存在两个不同的惯性区：第一惯性区（ $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ ）中，所有 $P r_{m}$ 条件下的 $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现符合Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度的幂律分布；第二惯性区（ $k > k_{i}$ ）的 $E_{b} (k)$ 标度行为则随 $P r_{M}$ 变化—— $P r_{m} = 0.1$ 时谱标度指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时为 $- 11 / 3$ 。理论分析表明：当 $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ， $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，DNS结果与理论预测一致。此外，研究还分析了导致离子回旋波与哨声波分别占主导地位的左旋与右旋场涨落。

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原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：三维霍尔-磁流体湍流的多样性研究
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们通过伪谱直接数值模拟(DNS)对三维霍尔磁流体动力学(3D HMHD)等离子体湍流在三种磁普朗特数( $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ )下的衰减过程进行了广泛研究。这些DNS旨在揭示3D HMHD 湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并阐明三个特征尺度（动能耗散尺度 $η_{u}$ 、磁耗散尺度 $η_{b}$ 及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔项的效应。这种相互作用虽然通过涡度和电流密度模量的等值面图已能定性显现，但通过动能谱 $E_{u} (k)$ 和磁能谱 $E_{b} (k)$ 得以更清晰呈现。研究发现存在两个不同的惯性区：第一惯性区( $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ )中， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 在所有 $P r_{m}$ 下均呈现符合Kolmogorov型-5/3标度的幂律分布；第二惯性区( $k > k_{i}$ )中， $E_{b} (k)$ 的标度行为取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为-17/3，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时为-11/3。理论分析表明： $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ， $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，DNS结果与理论预测一致。此外，我们还研究了导致离子回旋波或哨声波分别占主导地位的场左右偏振涨落。

摘要

原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
中文标题：揭示三维霍尔-MHD湍流的多样性
发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（ $P r_{m} = 0.1$ 、 $1.0$ 和 $10.0$ ）下的三维霍尔磁流体动力学（3D HMHD）等离子体衰变湍流开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对 $P r_{m}$ 的依赖性，并阐明三个特征尺度（动能与磁耗散长度尺度 $η_{u}$ 、 $η_{b}$ 以及离子惯性尺度 $d_{i}$ ）之间的微妙相互作用——在 $d_{i}$ 尺度以下可观察到霍尔效应的显现。通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察到这种相互作用，而动能谱 $E_{u} (k)$ 与磁能谱 $E_{b} (k)$ 则清晰地量化了这一现象。研究发现存在两个不同的惯性区：在第一惯性区（ $k < k_{i} \sim 1 / d_{i}$ ），无论 $P r_{m}$ 取值如何， $E_{u} (k)$ 和 $E_{b} (k)$ 均呈现与Kolmogorov型 $- 5 / 3$ 标度律相符的幂律分布；在第二惯性区（ $k > k_{i}$ ）， $E_{b} (k)$ 的标度行为则取决于 $P r_{M}$ ——当 $P r_{m} = 0.1$ 时谱指数为 $- 17 / 3$ ，而 $P r_{m} = 1$ 和 $10$ 时则为 $- 11 / 3$ 。理论分析表明： $P r_{m} ≪ 1$ 时 $E_{u} (k) \sim k^{2} E_{b} (k)$ ， $P r_{m} ≫ 1$ 时 $E_{b} (k) \sim k^{2} E_{u} (k)$ ，DNS结果与理论预测一致。此外，研究还考察了导致离子回旋波与哨声波分别占主导地位的左旋和右旋场涨落。

WikiEdge:ArXiv速递/2025-05-14

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