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Stop layer: a flow braking mechanism in space and support from a lab experiment

G Haerendel, L Suttle, S V Lebedev, G F Swadling, J D Hare, G C Burdiak, S N Bland, J P Chittenden, N Kalmoni, A Frank2016年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The paper presents short summaries and a synopsis of two completely independent discoveries of a fast flow braking process, one realized by a laboratory experiment (Lebedev et al2014Phys. Plasmas21 056305), the other by theoretical reasoning stimulated by auroral observation (Haerendel 2015aJ. Geophys. Res. Space Phys. 120 1697–714). The first has been described as a magnetically mediated sub-shock forming when a supersonic plasma flow meets a wall. The second tried to describe what happens when a high-beta plasma flow from the central magnetic tail meets the strong near-dipolar field of the magnetosphere. The term stop layer signals that flow momentum and energy are directly coupled to a magnetic perturbation field generated by a Hall current within a layer of the width of c/ωpi and immediately propagated out of the layer by kinetic Alfvén waves. As the laboratory situation is not completely collision-free, energy transfer from ions to electrons and subsequent radiative losses are likely to contribute. A synopsis of the two situations identifies and discusses six points of commonality between the two situations. It is pointed out that the stop layer mechanism can be regarded as a direct reversal of the reconnection process.

日本語訳

本論文は、高速プラズマ流が壁に衝突する際の急速な流れの停止過程に関する、二つの独立した発見の短い要約と概要を示す。一つは実験室実験(Lebedev et al 2014 Phys. Plasmas 21 056305)によって実現され、もう一つはオーロラ観測(Haerendel 2015a J. Geophys. Res. Space Phys. 120 1697–1712)によって刺激された理論的考察によるものである。前者は、超音速プラズマ流が壁に衝突する際に形成される、磁気的に媒介されたサブショックとして説明されてきた。後者は、中心磁気圏尾部からの高ベータプラズマ流が磁気圏の強い双極子状磁場に遭遇する際に何が起こるかを説明しようとしたものである。ストップ層という用語は、流れの運動量とエネルギーが、幅c/ωpiの層内でホール電流によって生成される磁場擾乱に直接結合し、その後、運動論的アルフヴェン波によって層の外へ即座に伝播することを示す。実験室の状況は完全には無衝突ではないため、イオンから電子へのエネルギー移動とそれに続く放射損失が寄与する可能性が高い。二つの状況の概要は、両者の間の六つの共通点を特定し、議論する。ストップ層機構は、磁気リコネクション過程の直接的な逆過程と見なすことができることが指摘される。

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