( 电子龙卷风的相空间图像：x轴平行于磁场
场和y轴垂直。）
M.奥本海姆波士顿大学天文系
D. L.纽曼和M. V.戈德曼在博尔德的科罗拉多大学
文摘:
四颗绕地球轨道运行的卫星最近测量了沿着地球磁场在极光电离层、地球弓形激波和磁尾等不同区域传播的孤立电场脉冲流。这些测量结果来自稳定的电子密度消耗，并且包含在空间等离子体中发现的一些最高的电场能量密度。在一维中，这些消耗是由“相空间电子空穴”引起的，其中（X-Vx）相空间中的旋转捕获电子涡流被强正电位所包含。在二维中，电子空穴在（X-Y-Vx）相空间中形成龙卷风。这张海报展示了一些相空间电子空穴和龙卷风的模拟图像。此外，还可以观看电子相空间龙卷风的计算机动画。
结论
电子相空间龙卷风通常发生在电离层、磁层和近地太阳风的高能区域。使用大规模并行模拟澳门威尼斯人注册网站研究这种非线性等离子体现象告诉我们，这些结构从根本上是不稳定的，并将它们的能量转化为一种特定的等离子体波，即静电哨声波。通过了解这种演变，我们希望进一步了解地球空间等离子体环境的动力学。
视频片段
电子相空间空穴的一维Vlasov模拟
一维电子相空间空穴参与了一些有趣而复杂的动力学过程。下面是两流不稳定演变成两个电子空穴然后合并成一个空穴的动画帧。这些图像显示相空间作为一个表面图。垂直轴为v，水平轴为x。系统开始时有两个逆流电子分布，它们很快变得不稳定并形成电子空穴。随着洞的合并，更小的洞被分离出来。这些小结构在与大电子空穴接触几次后就会解体。这个最后的洞在数千个等离子体周期内保持稳定。
演化电子空穴的二维PIC模拟
水平(x)轴平行于地磁场，而垂直(y)轴垂直于地磁场。早期看到的几对垂直的黄线代表了电子龙卷风的电场特征。随着时间的推移，它们演变成在晚些时候看到的橙色小圆形结构。同时，橙色的水平线显示了静电哨声波的存在。
在SGI Origin 2000计算机上使用64个处理器进行细胞内粒子模拟需要16个小时。
一维电子空穴的二维PIC稳定性测试
为了更好地理解哨声波的起源和二维管的破裂，我们用一组一维管启动了PIC运行，并观察了等离子体的演变。这表明二维电子龙卷风本质上是不稳定的，并将其能量转化为静电哨声波。只留下稳定的电子相空间气泡，如黄色圆圈所示。
科学背景
二维磁化等离子体中电子相空间空穴的演化，M. Oppenheim， D. L. Newman和M. V. Goldman，《物理评论》，1999年第23卷
非线性双流不稳定性对极光双极波结构的解释（m.v. Goldman, m.m. Oppenheim和d.l. Newman），刊于《地球物理学》。卷。，第26卷第13期，1821-1824年，1999年。
硬件：SGI Origin 2000。软件：c++， MPI。可视化：IDL， AVS。图形编程：波士顿大学天文系Meers Oppenheim和波士顿大学科学计算与可视化组Kathleen Curry。视频制作：Kathleen Curry，波士顿大学科学计算与可视化小组。致谢：我们要感谢洛斯阿拉莫斯国家实验室允许我们广泛使用他们的Origin 2000机器。