三维Hall MHD数值模拟中初始载流子对场向电流分布的影响

用Hall MHD数值模拟的方法研究了Hall等离子体中不同初始粒子载流情形下磁场拓扑形态结构的改变以及场向电流与Alfvén波的产生.在考虑了初始离子载流子的影响后,模拟结果中磁场的拓扑形态结构更加复杂.模拟结果中除了传统的By四极结构以外,还出现了一个与传统By四极结构相反的反四极结构,这种结构的出现使Hall MHD理论能解释完全电子载流情形下不能解释的观测现象,作为事例给出了Cluster卫星观测事例.同时还得出以下几个非常有意义的结果:1)受Hall效应影响的区域(空间变化尺度小于或相当离子回旋半径的区域)电子与离子分离.在非Hall效应影响的大部分区域,受初始离子+y方向运动的影响整个磁结构向+y方向偏移;而在受Hall影响的较小区域,受电子运动影响磁力线向+y方向弯曲.随之,By产生;2)由于By的出现,场向电流(FACs)产生.与完全电子载流的情形相比,结果中场向电流分布的中心随离子载流比例的增加向+y方向偏移,场向电流主要分布在y>0的区域;3)模拟结果中Ae≈0.76,Ai≈1.36,Ae×Ai≈1.03,完全符合Hall等离子体中的瓦伦关系,证实了Alfvén波的存在.