On the Effect of Driving Turbulent-like Fluctuations on a Harris-Current Sheet Configuration and the Formation of Plasmoids
本文通过二维 particle-in-cell 模拟研究湍流涨落对无碰撞正负电子对等离子体中 Harris 电流片磁重联的影响，发现湍流可改变重联起始与演化，并存在尺度依赖的涨落振幅阈值，超过该阈值会抑制磁岛成长。
2024-08-06 physics.plasm-ph
Exact Vlasov-Maxwell equilibria for asymmetric current sheets
美国航天局磁层多尺度飞行任务首次对地球磁层顶的非对称磁重联进行了现场扩散区和动力学尺度分辨率测量。目前用于模拟无碰撞非对称重联的主要理论工具是粒子模拟。许多非对称无碰撞重联的粒子模拟都是从一个非对称的哈里斯型磁场开始的，但其分布函数并不是弗拉索夫方程的精确平衡解。我们提出了新的和精确的平衡解的Vlasov-Maxwell系统是自洽的一维非对称电流片，与非对称的哈里斯型磁场的档案，加上一个恒定的非零的引导场。分布函数可以表示为四个移位麦克斯韦分布函数的组合。这种平衡描述了一个磁场配置比以前已知的精确解具有更多的自由度，并具有不同的整体流动特性。
2017-09-08 physics.plasm-ph
Analytic, quasineutral, two-dimensional Maxwell-Vlasov equilibria
利用拟中性条件将静电势表示为矢量势，在平面几何中构造了具有有限电场、轴向（“环面”）等离子体流和各向同性压力的二维Maxwell-Vlasov平衡.对于Harris型分布函数，安培方程变为刘维尔型，并可解析求解。作为例子，给出了一个由一排磁岛组成的周期性“猫眼”稳态。该方法可以推广到（环形）轴对称平衡。
2009-10-16 physics.plasm-ph
Three-Dimensional Geometry of Magnetic Reconnection Induced by Ballooning Instability in a Generalized Harris Sheet
本文首次报道了广义Harris单中由气球不稳定性引起的磁重联过程的三维几何结构。准分界线层的空间分布和结构，以及它们的时间出现和演变，表明相关的磁重联只能发生在一个三维的几何形状，这是不可约的任何二维重联过程。这一发现为亚暴爆发问题的长期争论提供了一个新的视角，并阐明了重联和气球不稳定性的综合作用。它还与先前在各种自然和实验室等离子体中发现的3D重连过程的普遍存在有关。
2017-02-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Interaction of a spatially uniform electron beam with a rotational magnetic hole in a form of a Harris current sheet
本研究通过PIC模拟探究空间均匀电子束与Harris电流片形式旋转磁孔的相互作用，发现电流片宽度小于电子回旋半径时准线性弛豫受阻，部分解释太阳风电子束传播距离超准线性理论预测的现象。
2025-09-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Theory of one-dimensional Vlasov-Maxwell equilibria: with applications to collisionless current sheets and flux tubes
我们研究在一个空间维度的弗拉索夫-麦克斯韦平衡的理论，以及它的应用到电流片和磁通管模型。“逆问题”是确定与给定磁场自洽的弗拉索夫-麦克斯韦平衡分布函数。我们发展的反演理论，使用厄米多项式的正则动量的扩展。在给定压力张量的情况下，我们找到了厄米展开式收敛的充分条件。对于大类的DF，我们证明了非负的分布函数是偶然的等离子体的磁化强度，并使所有类的示意图。反问题被认为是非线性的“无力哈里斯片”。通过应用Hermite方法，我们首次构造了能够描述等离子体β $(β_{pl})$亚单位值的新模型。虽然证明了所有$β_{pl}$的解析收敛性，但$β_{pl}= 0.85$和$β_{pl} = 0.05$的数值收敛性在“重新测量”过程后得到。我们认为，压力张量必须满足的属性是一致的“不对称哈里斯单”，并构造新的例子。在某些情况下，可以用解析法求解反问题，而在另一些情况下，则必须用数值方法求解。我们提出了新的精确的非对称电流片的弗拉索夫-麦克斯韦平衡，它可以被写为移动麦克斯韦分布的总和，理想的实现在细胞中的粒子模拟。本文研究了圆柱几何中微观和宏观平衡描述之间的对应关系，并试图寻找非线性无力Gold-Hoyle模型的Vlasov-Maxwell平衡。然而，有必要包括背景场，如果需要的话，背景场可以是任意弱的。平衡可以是电非中性的，这取决于整体流量。
2017-10-03 physics.plasm-ph
An exact collisionless equilibrium for the Force-Free Harris Sheet with low plasma beta
本文首次讨论和分析了一维非线性无力磁场的一种新的精确无碰撞平衡态，即无力Harris片的物理性质。该解决方案允许任何值的等离子体β，关键是低于统一，这是以前的非线性无力无碰撞平衡不能。该分布函数包含正则动量的Hermite多项式的无穷级数，其重要的数学性质收敛性和非负性最近已被证明。图的分布函数的等离子体β适度低于团结，我们比较的形状分布函数在两个速度方向的麦克斯韦分布。
2015-10-26 math-ph math.MP physics.plasm-ph
The Weibel Instability inside the Electron-Positron Harris Sheet
最近的电子-正电子重联的全粒子模拟表明，韦伯不稳定性在控制电流层的动力学和维持快速重联中起着积极的作用。一个四束模型的发展，探讨不稳定性的发展在一个狭窄的电流层特性的重联。问题归结为两个耦合的二阶微分方程，其增长的本征模通过渐近近似和有限差分方法得到。全粒子模拟证实了线性理论，并有助于探索非线性发展的不稳定性。重联流出射流中的电流层加宽与高速流动粒子在韦伯产生的平面外磁场中的散射有关。
2009-01-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
Vlasov simulations of collisionless magnetic reconnection without background density
模拟无碰撞重联的一个标准起点是哈里斯平衡，它由一个电流片组成，该电流片将两个相反的磁场区域分开。磁流体动力学模拟无碰撞重联通常包括一个均匀的背景密度的原因，数值稳定性。虽然在某些情况下，这是一个现实的假设，但背景密度可能会引入新的影响，这是由于分布函数的结构更加复杂，或者由于阿尔文速度在远离当前片的地方仍然是有限的。我们提出了一个完全动力学Vlasov模拟扰动哈里斯平衡使用Vlasov代码。选择参数以匹配地球空间环境建模（GEM）磁重联挑战，但不包括背景密度。这允许与包括背景密度的早期模拟[Schmitz，Grauer，Phys. Plasmas 13（2006）092309]进行比较。结果发现，背景密度的情况下，导致重联率较高。另一方面，直到重新连接开始的时间几乎不受影响。再次的非对角元素的压力张量被发现是重要的X-线，但修改的重要性，为个别条款。
2006-12-08 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Plasmoid identification and statistics in two-dimensional Harris sheet and GRMHD simulations
本研究开发了一种结合分水岭与闭合轮廓的等离子体团识别算法，应用于黑洞吸积盘和Harris片层模拟，发现等离子体团尺寸呈幂律分布，且电阻性模拟中发生率更高，形成率与磁通量减少正相关。
2023-11-14 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Particle-in-Cell Simulations of Collisionless Magnetic Reconnection with a Non-Uniform Guide Field
结果提出的碰撞磁重联从最近发现的精确的非线性无力Vlasov-Maxwell平衡的第一次研究。初始状态在一个方向上具有哈里斯片磁场分布，在第二方向上具有非均匀引导场，导致空间恒定的磁场强度以及恒定的初始等离子体密度和等离子体压力。研究发现，重联过程最初类似于引导场重联，但随着系统的发展，会逐渐过渡到反平行重联。一些等离子体参数的时间演化进行了研究，并与模拟结果进行了比较，从哈里斯片平衡和哈里斯片加上恒定的引导场平衡。
2015-12-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Linear Vlasov Theory in the Shearing Sheet Approximation with Application to the Magneto-Rotational Instability
在剪切片近似下，我们导出了热的、无碰撞的、电荷中性等离子体的轴对称扰动的电导率张量。我们的结果推广了著名的线性Vlasov理论的均匀等离子体差分旋转等离子体，可用于广泛的动力学稳定性计算。我们将这些结果应用于无碰撞等离子体中的磁旋转不稳定性（MRI）的线性理论。我们的分析和数值计算表明，一般动力学理论的结果在这里得到减少在适当的限制以前的结果在文献中，包括低频引导中心（或“动力学MHD”）近似，霍尔MHD，和陀螺粘性近似。我们重新审视冷等离子体模型的MRI和表明，与以前的结果相反，最初未磁化的碰撞等离子体是线性稳定的轴对称扰动的冷等离子体近似。除了他们的应用天体物理等离子体，我们的研究结果提供了一个有用的框架，在实验室实验中评估差分旋转等离子体的线性稳定性。
2015-01-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fluid simulations of plasma turbulence at ion scales: comparison with Vlasov-Maxwell simulations
比较的混合Vlasov-Maxwell（HVM）模拟的湍流在无碰撞等离子体和流体减少。这些模型包括霍尔磁流体力学（HMHD）和朗道流体（LF）或FLR-Landau流体（FLR-LF）模型，这些模型保留了压力各向异性和低频动力学效应，如朗道阻尼，对于最后一个模型，有限拉莫尔半径（FLR）校正。这个问题被认为是在两个空间维度，当初始条件涉及中等振幅扰动的均匀平衡等离子体受到平面外磁场。LF原来提供了一个准确的描述的速度场的离子拉莫尔半径尺度，甚至更小的尺度的磁场。然而，可压缩性似乎显着更大的亚离子尺度的流体模型比在HVM模拟。高频动力学效应，如回旋共振，没有保留的流体描述，可能是这种差异的起源。一个显着的温度各向异性的产生，与朝向垂直分量的偏置，更强烈的波动，而分散，并位于一个广泛的附近的电流片。非回旋压力张量分量的测量和它们的波动被证明达到总压力波动的一个显着的分数，与电流片密切相关的激烈的区域。
2018-04-04 physics.plasm-ph
Plasma sheet structure in the magnetotail: kinetic simulation and comparison with satellite observations
我们使用的哈里斯电流片的三维动力学模拟的结果，提出了一个解释，并重现ISEE-1/2，Geotail，和集群观测的磁尾电流片结构。电流片拍动，电流密度分叉，和重联解释的结果的扭结和撕裂的不稳定性，占主导地位的电流片的演变。
2003-12-01 physics.plasm-ph physics.space-ph
Onset of fast "ideal" tearing in thin current sheets: dependence on the equilibrium current profile
在本文中，我们研究的标度关系的触发的快速，或“理想”，撕裂不稳定性从平衡配置相关的天体物理以及实验室等离子体不同于简单的哈里斯电流片配置。我们提出了线性撕裂不稳定性分析的平衡磁场，其中a）去到零的边界的域和b）包含一个双电流片系统（后者以前研究作为一个carnival代理的m=1扭结模式在圆柱形等离子体）。更一般地说，我们讨论的临界纵横比缩放的增长率成为独立的Lundquist数$S$，在不稳定模式的波数$k$的$Δ'$参数的依赖性。在小$k$的缩放$Δ'(k)$与$k$被发现广泛地分类不同的平衡：临界纵横比可能甚至小于$L/a \sim S^α$与$α=1/3$最初发现的哈里斯电流片，但存在一个一般的下限$α\ge1/4$。
2018-01-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
From one-dimensional fields to Vlasov equilibria: Theory and application of Hermite polynomials
我们考虑的理论和应用的解决方法的反问题的碰撞平衡，即计算一个给定的宏观（流体）平衡的Vlasov-Maxwell平衡。利用Jeans定理，平衡分布函数被表示为运动常数的函数，其形式为麦克斯韦乘上正则动量的未知函数。在这种情况下，它是可能的，以减少反问题的反魏尔斯特拉斯变换，我们通过使用厄米多项式展开实现。压力张量的一个充分条件，找到保证候选解的收敛性和有界性，当满足。这个条件是用初等方法得到的，如何把它付诸实践是很清楚的。我们还认为，对于一个给定的压力张量，我们的方法适用，总是存在一个正的分布函数的解决方案，充分磁化等离子体。给出了在无力和非无力宏观平衡下使用该方法的说明性示例，包括对最近导出的无力Harris表分布函数的全面验证（Allanson $\textit{et al., Phys. Plasmas}$，第22（10）卷，2015年，102116）。在努力与较低的等离子体β值的平衡模型，在一个新的规范相同的宏观平衡的解决方案进行了计算，与数值结果为$β_{pl}=0.05$。
2016-06-08 physics.plasm-ph
Force-free collisionless current sheet models with non-uniform temperature and density profiles
我们提出了一类一维的，严格中性的，Vlasov-Maxwell平衡分布函数的无力电流片，磁场定义的雅可比椭圆函数，扩展的结果Abraham-Shrauner（物理等离子体20，102117，2013），以允许非均匀的密度和温度分布。为了实现这一点，我们使用了Kolotkov等人（Phys. Plasmas 22，112902，2015）先前应用于无力Harris片的方法。在参数的一个限制下，我们恢复了Kolotkov等人的模型，而另一极限给出线性无力场。我们讨论的参数条件，使分布函数总是积极的，并给出表达式的压力，密度，温度和散装流的平衡速度，讨论与以前的模型的差异。我们还提出了一些说明图的分布函数在速度空间。
2017-08-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Ion-Acoustic-Like Modes in Ion-Loaded Pulsar-Wind Current Sheets: A Pressure-Balanced Existence Criterion
School of Computing and Artificial Intelligence, Southwest Jiaotong University（西南交通大学计算机与人工智能学院）；School of Physical Science and Technology, Southwest Jiaotong University（西南交通大学物理科学与技术学院）；Department of Applied Sciences, Khalsa College of Engineering and Technology（卡尔萨工程与技术学院应用科学系）
本研究针对脉冲星风电流片中的类离子声模式，提出压力平衡存在判据，指出该模式仅存在于特定参数区域，为波驱动的局域耗散研究奠定基础。
2026-09-15 physics.plasm-ph
Three-dimensional spontaneous magnetic reconnection in neutral current sheets
通过可压缩磁流体动力学模拟研究了反平行均匀Harris电流片平衡中的磁重联，该电流片平衡最初被一个在所有三个维度上受限的增强电阻率区域扰动。可变电阻率，耦合到等离子体的动态的电子-离子漂移速度标准，在演变过程中使用。一个阶段的磁重联随时间放大，并导致喷发能量释放被触发，只有当初始扰动是强烈拉长的方向上的电流流动，或者如果异常电阻率的发病阈值显着低于在相应的二维情况下。一个类似Petschek的配置，然后建立了\sim 100阿尔芬倍，但仍然局限于第三维。随后，在系统的中心处发生拓扑改变为O形线（"二次撕裂“）。这导致增强的和随时间变化的重新连接，第二对沿O线定向的流出射流，并将重新连接过程扩展到第三维。高平行电流密度分量主要在电阻率增强区域附近产生。
1999-12-21 astro-ph physics.plasm-ph
Quenching of Tearing Mode Instability by Transverse Magnetic Fields in Reconnection Current Sheets
本研究在粘滞电阻型不可压缩MHD框架下，通过解析与数值模拟发现横向磁场会使电流片形成带剪切流的中性层，从而快速抑制撕裂模不稳定模，为相关相互作用研究提供新认知。
2024-07-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On the explosive phase of the tearing mode in double current sheet plasmas: effect of the equilibrium magnetic configuration on the onset threshold and growth rate
在二维笛卡尔几何中，在约化电阻磁流体力学（MHD）框架下研究了与双流片系统撕裂不稳定性相关的磁重联.采用自适应有限元FINMHD程序对爆炸非线性阶段进行了研究。临界纵横比，即定义为最小的$L/x_s$比（与$L$和$x_s$是周期性系统的长度和两个电流层之间的半距离分别）后的线性和早期非线性饱和阶段的非线性失稳，得到。后者的阈值是独立的所选择的初始平衡（双哈里斯样的磁剖面）和电阻率的细节。它的值被证明是$4.7$，这是接近和略小于顺序的值$5$推导出在以前的研究中使用一个更具体的平衡配置。的动能（$E_K$）的时间依赖性被证明遵循双指数定律，$E_K \propto \exp \ [e^{(γ^* t)} ]$，伪增长率$γ^* \simeq 0.1 \ t_A^ {-1}$（$t_A$是特征阿尔文时间），这是再次独立的配置和电阻率。该机制提供了一个可能的解释爆炸性磁能释放的突然发生在快速阿尔文时间尺度上的破坏性事件的天体物理等离子体与预先存在的双电流片，如在太阳日冕。
2021-07-28 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Kinetic equilibrium of two-dimensional force-free current sheets
针对二维无力电流片动理学平衡研究不足的问题，通过粒子网格模拟从初始磁流体平衡弛豫，证实了二维动理学无力电流片的存在，并发现粒子速度分布从漂移麦克斯韦分布演化为稳态弗拉索夫态，为后续相关研究提供了基础。
2023-07-19 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Solitary Waves in an Intense Beam Propagating Through a Smooth Focusing Field
从描述自洽非线性光束动力学和集体过程的Vlasov-麦克斯韦方程组出发，研究了强流片状光束通过周期聚焦场的演化.在文献[1]中曾指出，对于相空间密度均匀的光束，Vlasov-麦克斯韦方程组可以精确地用具有三重绝热压力定律的宏观温流体-麦克斯韦方程组代替。本文证明了从宏观流体-麦克斯韦方程组出发，可以导出一个缓变波振幅的非线性薛定谔方程（或在多波相互作用的情况下，导出一组耦合的非线性薛定谔方程）。本文讨论了非线性薛定谔方程的性质以及强流粒子束中孤子的形成。
2002-05-23 nlin.PS physics.acc-ph physics.plasm-ph
Numerical study of non-gyrotropic electron pressure effects in collisionless magnetic reconnection
我们调查的时间演化的六分量电子压力张量的混合代码研究的后果，在一个初始扰动哈里斯片的二维重联过程。我们提出，两个张量分量（对角和非对角）的增长是不稳定的方式，除非各向同性算子被认为是。该各向同性项在物理上与电子热通量相关联。因此，我们提出，在亚离子尺度下，在场反转的正中间观察到对角分量的增强值。由于动压的增加，该电子层中的磁场减小，因此增加了其边缘处的相关面外电流并导致其分叉。分叉机制是基于电子压力各向异性的存在，有关的流入电子体速度的梯度。增强的对角电子压力张量分量的流入方向上的梯度导致进入X点区域的离子的减速。我们认为，分叉电流片产生的各向异性/agyrotropies的六分量电子压力张量对应于较小的重联率相比，非分叉的。
2021-07-22 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Tearing Instability in Gyrotropic MHD: Effects of Equilibrium Pressure Anisotropy
Escola de Artes, Ciências e Humanidades, University of São Paulo（圣保罗大学艺术、科学与人文学院）；Astrophysics Division, National Institute for Space Research（国家空间研究所天体物理部）
本文在回转MHD框架下，考虑平衡压力各向异性，推导了电阻撕裂模的线性理论，发现各向异性改变理想外区匹配参数和电阻内层动量平衡，修正了增长率标度律，并通过数值计算验证了结果。
2026-06-23 physics.plasm-ph
