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Energy transfer, discontinuities and solar wind heating : a local approach
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The solar wind is a highly turbulent plasma for which the mean rate of energy transfer ε has been measured for a long time using the Politano–Pouquet (PP98) exact law. However, this law assumes statistical homogeneity that can be violated by the presence of discontinuities. Here, we introduce a new method based on the inertial dissipation (DI) which can be considered as a local formulation of the PP98 law. This formulation is based on the smoothing of the fields with a certain test function. The width of the latter allows to probe the different spatial scales σ of the plasma and thus to quantify how the energy propagates through them at a given time (see Figure 1).
We used this approach to estimate the local energy transfer rate at scale σ from the THEMIS-B and Parker Solar Probe (PSP) data taken in the solar wind at different heliospheric distances. Our study reveals that discontinuities near the Sun lead to a strong energy transfer that affects a wide range of scales σ. We also observe that switchbacks seem to be characterized by a singular behavior with an energy transfer varying as σ−3/4, which slightly differs from classical discontinuities characterized by a σ−1 scaling (see Figure 2). A comparison between the measurements of ε and DI shows that in general the latter is significantly larger than the former.
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