Electron acceleration and heating in collisionless magnetic reconnection
利用Harris电流片的隐式动力学模拟结果讨论了无碰撞磁重联过程中电子的加速和加热。我们考虑和比较了不同β值的等离子体中的电子动力学，并进行了模拟的物理质量比。我们分析了电子通过重联区的典型轨迹，研究了电子的速度，重点研究了离面速度，并讨论了电子沿面内和离面方向的加热。
2003-05-06 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Propinquity of current and vortex structures: effects on collisionless plasma heating
弱碰撞等离子体湍流加热的间歇性是一个活跃的研究课题，对理解太阳风、日华和天体物理等离子体具有重要的潜在影响。最近的研究表明，在等离子体加热涡的作用。在磁流体动力学小尺度涡附近产生的电流片，这种效果持续在动力等离子体，这里证明了混合动力和完全动力粒子在细胞（PIC）模拟。此外，涡增强局部动力学效应，与广义共振条件选择的质子加热和热各向异性的符号相关的增强或减少。在这样的等离子体加热与涡度和电流密度，但更强烈地与涡度。这些结果有助于解释几个先前的结果，发现动力学效应和附近，但不集中，电流片。动力学等离子体的相干性涉及多个物理量，相干结构与非热效应密切相关。
2016-10-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Onset of magnetic reconnection in a collisionless, high-beta plasma
在磁化的无碰撞等离子体中，组成粒子的磁矩是绝热不变量。因此，在这样的等离子体中磁场强度的增加导致垂直于场线的热压力的增加。在$β$依赖的阈值之上（其中$β$是热压力与磁压力的比率），这种压力各向异性驱动镜像不稳定性，在离子拉莫尔尺度上产生场线的强烈扭曲。这种不稳定性的影响磁重联的研究使用一个简单的分析模型的形成电流片（CS）和相关的生产压力各向异性。维持各向同性，麦克斯韦粒子分布在CS的形成和随后的变薄在无碰撞等离子体中的困难，再加上低阈值的镜子不稳定性在高$β$等离子体，意味着重连磁场的几何形状可以从根本上不同于标准的哈里斯片轮廓经常用于模拟无碰撞重连。因此，取决于CS形成的速率和初始CS厚度，撕裂模式的增长速率和波数由这种差异提高，可能会破坏镜像出没的CS之前，标准撕裂模式可以开发。一个定量的理论来说明这一过程，这可能会发现在撕裂介导的动力学磁旋转“通道”模式的中断的应用。
2019-01-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless magnetic reconnection: Flux quanta, field lines, `composite electrons' -- Is the quantum-Hall effect involved in its micro-scale physics?
在微观上，薄电流片中的无碰撞重联被认为涉及离子惯性（霍尔电流）域中的“复合电子”，仅是电子的一小部分。这些“复合电子”被限制在较低的朗道能级$ε_L\ll T_e$（能量远小于温度）。它们通过吸收磁通量量子$Φ_0=h/e$而退磁，与磁场解耦，将附着的磁通量输送到电流层的非磁性中心，在那里它们以微尺度磁涡旋的形式释放磁通量，成为普通电子。新产生的微尺度磁涡旋在与其他磁涡旋接触时，在严格反平行的截面上发生重联，最终形成中尺度重联结构。我们澄清了磁场线和场线半径的概念，估计了两个相反方向的磁通量子湮灭时释放的功率，并计算了霍尔域中“复合电子”的数密度和朗道能级填充因子。作为副产品，我们发现在等离子体中的磁扩散系数也出现在量子$D_0^m=eΦ_0/m_e=h/m_e$中，从而产生体垂直等离子体电阻率被量子化，量子（最低极限）$η_{\,0\perp}=μ_0 eΦ_0/m_e=μ_0h/m_e\sim 10^{-9}$ Ohm m。关键词：重联，薄电流片，量子霍尔效应，量子扩散率，量子等离子体电阻率，复合电子
2011-03-05 cond-mat.mes-hall physics.geo-ph physics.plasm-ph
Three dimensional density cavities in guide field collisionless magnetic reconnection
利用引导场进行无碰撞磁重联的粒子模拟首次揭示了沿磁重联分界线（即所谓的“空腔”）的低密度区域的三维特征。结果发现，结构与进一步较低的密度发展内的空腔。因为它们的外观类似于肋的形状，这些地层在这里被称为“低密度肋”。它们的位置在时间上保持大致固定，并且随着沿着空腔的电子流将它们排空，它们的密度逐渐减小。它们沿着磁场线发展，并由在空间振荡的强垂直电场支持。此外，沿低密度肋和磁场线的方向，在腔和流出等离子体之间形成作为隔离球的双极平行电场结构。
2012-03-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Energy Dissipation and Entropy in Collisionless Plasma
众所周知，从粒子碰撞的角度来看，无碰撞系统是无耗散的，因此熵守恒。另一方面，诸如磁重联和湍流等过程似乎将大规模的磁能转化为热量。本文研究了无碰撞等离子体的加热和扩散。耗散过程中讨论的各向同性和gyrotropic形式的流体熵。演化方程的熵推导出，它们揭示了机制，导致流体熵的变化。这些方程是通过多重联电流片的无碰撞粒子模拟验证的。除了以前的研究结果有关的压力张量，我们强调热通量的耗散过程中的作用。
2019-11-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Two-stage electron acceleration by 3D collisionless guide field magnetic reconnection
我们报道了一个新发现的在非相对论区域典型的三维无碰撞导场磁重联的X线附近电子加速的两阶段机制，例如，恒星日冕的研究我们发现电子在重联的线性增长过程中首先被预加速后，在三维导场磁重联的非线性阶段中被进一步加速。这种额外的加速度是由于由流动不稳定性引起的电场和磁场的叠加。除了增强的平行电场，双折射导致额外的曲率驱动的电子加速在引导场方向。其结果是，部分加速的电子光谱变成幂律，在X线附近的光谱指数为$\sim-1.6$。由于非线性重联引起的加速的第二阶段与高能电子的产生有关，例如，恒星日冕的薄电流片
2018-09-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Influence of the Hall effect and electron inertia in collisionless magnetic reconnection
在完全双流体MHD框架下研究了霍尔电流和电子惯性在无碰撞磁重联中的作用。在小于电子惯性长度的空间尺度上，磁场线的拓扑变化完全由于电子惯性而成为可能。假设平稳条件下，我们推导出一个理论缩放的重连率，这是简单的霍尔参数成正比。使用伪谱码没有耗散效应，我们的数值结果证实了这种理论标度。特别是，对于一系列不同的霍尔参数值，我们的数值计算结果表明，电流片的宽度是独立的霍尔参数，而其厚度的顺序的电子惯性范围，从而证实了稳态重联率是成比例的霍尔参数。
2015-09-03 physics.plasm-ph physics.space-ph
A new fast reconnection model in a collisionless regime
基于第一原则（即（i）用广义欧姆定律中包含电子压力张量非回旋分量的项来平衡磁场平流;（ii）利用质量守恒;以及（iii）假设弱磁场区域宽度，其中电子弯曲运动支持电子压力张量非对角（非回旋）分量的数量级为电子拉莫尔半径），建立了无碰撞区磁重联的一个简单模型。该模型是通用的，类似于其碰撞Sweet-Parker模拟，因为它不特定于任何初始配置，例如Harris型撕裂不稳定电流片，X点崩溃或其他。无碰撞重联模型除了从基本观点来看很重要之外，它还提供了比斯威特-帕克经典模型（M_sp=S^-1/2）快得多的重联速率（M_c 'less =（c/omega_pe）^2 /（r_L，e L））。在无碰撞区，扩散区（电流片）的宽度为delta_c 'less =（c/omega_pe）^2/r_L，e，它与整体重联尺度L无关，只由微观物理（电子惯性长度c/omega_pe和电子拉莫尔半径r_L，e）决定。在其他问题中，重联率的快速性使例如通过重联解释太阳耀斑的问题变得复杂，因为对于典型的日冕参数，所获得的无碰撞重联时间可以是几分钟，而不是Sweet-Parker的等效值<一天。将新的理论重连率与MRX装置实验数据进行比较[Yamada等人，Phys. Plasmas，13，052119（2006），Ji等人GRL，35，13106（2008）]，并且获得了良好的一致性。
2008-10-31 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic turbulence in fast 3D collisionless guide-field magnetic reconnection
虽然湍流已被证实对磁重联很重要，但人们对它在无碰撞等离子体中的作用仍知之甚少。以前试图量化湍流对重联的影响时，通常采用阿尔文涨落或其他低频涨落，或者仅在二维构型和反平行磁场中研究无碰撞动力学效应。鉴于此，本文利用三维粒子模拟程序，在频率和波数空间分析了三维导场通过无力电流片重联自发产生的动力学湍流。我们的研究揭示了重联率和动力学湍流的功能类似于目前在现场的航天器观测MMS以及在实验室重联实验MRX，VTF和\textsc{Vineta} -II。特别是，我们发现，动力学湍流发展过程中的3D导场重联表现出宽带幂律频谱扩展超出低杂波频率和电子频率。在频率空间中，湍流的谱指数在重联X线处接近-2.8。在波数空间中，当归一化重联率达到0.1时，它也变为-2.8。宽带动力学湍流主要是由于在足够薄的动力学重联电流片中激发的电流流和电子流剪切不稳定性。动力学湍流的增长对应于高的重连率，超过那些快速层流，非湍流重连。
2018-11-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Non-Maxwellian electron distribution functions due to self-generated turbulence in collisionless guide-field reconnection
非麦克斯韦电子速度空间分布函数（EVDF）是表征等离子体条件和无碰撞磁重联非局域结果的有效信号。在过去，EVDF主要是在反平行重联和垂直于重联平面方向的弱导场的影响下获得的。然而，EVDF对于依赖于较强引导磁场的倾斜（或分量）重联以及对于远离扩散区域的重联的排出（流出）区域还不是众所周知的。针对多航天器磁层多尺度任务（MMS），考虑自生湍流的反馈，推导了从小导场（$b_g\approx0$）到强导场（$b_g=8$）导场$b_g$对无碰撞磁重联的非麦克斯韦EVDF.为此，我们使用ACRONYM代码进行了2.5D全动力学Particle-in-Cell模拟。我们得到了各向异性的EVDFs和电子束沿分界线以及在排气区的重联。光束是各向异性的，在垂直于而不是平行于局部磁场的方向上具有较高的温度。电子束在与背景电子相反的方向上传播并引起不稳定性。我们还得到了相对电子束漂移速度，阈值和由此产生的流不稳定性，包括强烈的非线性饱和的自生等离子体湍流的属性的引导场的依赖性。这种湍流及其非线性反馈导致非绝热平行电子加速和EVDF远远超出准线性近似的限制，产生相空间空穴和各向同性俯仰角散射。
2016-10-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection in a Pinch
本文提出将电流片动态pinch的一维研究扩展至三维模拟，探讨等离子体beta等参数对无碰撞等离子体中磁场重联启用机制的影响。
2023-05-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless Reconnection in the Large Guide Field Regime: Gyrokinetic Versus Particle-in-Cell Simulations
首次验证了大导场$B_g / δB_0 \gg 1$的结果，给出了聚变磁重联的陀螺动力学模拟和日冕磁场重联相关的$β_i = 0.01$和太阳风磁场重联相关的$β_i = 1$，其中$δB_0$是重联场。粒子单元（PIC）模拟扫描宽范围的引导磁场强度，以测试收敛到陀螺极限。陀螺动力学模拟显示出高度的形态对称性，PIC模拟收敛时，$β_i B_g / δB_0 \gtrsim 1$和$B_g / δB_0 \gg 1$。在政权的收敛，重联率，相对能量转换，和整体的幅度被发现之间的PIC和gyrokinetic模拟匹配良好，这意味着gyrokinetic是能够作出准确的预测，以及在其制度的正式适用性。这些结果表明，在大的引导场限制许多量所产生的非线性演化的重联尺度线性与引导场。
2014-02-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Phase Diagram for Magnetic Reconnection in Heliophysical, Astrophysical and Laboratory Plasmas
用相图概括了磁重联物理学的最新进展，该相图为太阳物理学、实验室和天体物理学中的各种应用组织了基本动力学。两个关键的无量纲参数是伦德奎斯特数和宏观系统的离子声回旋半径的单位尺寸。除了传统的单X线碰撞和无碰撞阶段，多个X线重联阶段出现由于存在的等离子体团不稳定性无论是在碰撞和无碰撞电流片。特别是，存在一个独特的阶段，称为“多X线混合相”，其中碰撞岛或等离子体团的层次是由碰撞电流片终止，导致在宏观和动力学尺度之间的快速耦合和碰撞和无碰撞动力学的混合。涉及多X线和无碰撞物理的新阶段可能对磁重联的新兴应用很重要，以加速带电粒子超过其热速度。大量的太阳物理和天体物理等离子体被调查和分组在相图：地球磁层太阳等离子体（色球层、日冕、风和速跃层）、银河系等离子体（分子云、星际介质、吸积盘及其日冕、蟹状星云、Sgr A*、伽马射线暴、磁星）、河外等离子体（活动星系核盘及其日冕、星系团、射电瓣和河外喷流）。实验室实验的意义，包括下一代重联实验，也进行了讨论。
2011-09-04 astro-ph.IM physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic simulations of collisionless magnetic reconnection in presence of a guide field
分析了Harris电流片中磁重联的动力学模拟结果。一系列的指导领域被认为是研究重联等离子体的特点是不同的$β$值，$β> m_e/m_i$。采用隐式粒子模拟方法和并行显式粒子模拟程序。模拟与质量比的物理值进行。模拟结果表明，重联率随引导场的增加而减小，对质量比的依赖性很弱。电子压力张量的非对角分量打破了冻结条件，即使在低$β$等离子体中。在高$β$等离子体中，有证据表明哨声波在增强的重联中起着关键作用，而在低$β$等离子体中，动力学Alfvén波是重要的。离子和电子的面内和离面运动也被考虑，表明它们受到质量比和等离子体$β$的影响。
2003-12-05 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Spontaneous Magnetic Fluctuations and Collisionless Regulation of Turbulence in the Earth's Magnetotail
在实验室、空间和天体物理学等离子体物理中，最基本和最具挑战性的问题是理解几乎无碰撞的等离子体向准稳态的弛豫过程，以及电磁等离子体湍流的合成状态。最近，有人认为，太阳风等离子体$β$和温度各向异性观测可能受到动力学不稳定性的调节，如离子回旋，镜，电子回旋和消防水龙带不稳定性;磁波动观测与波动耗散定理的预测是一致的，甚至远低于动力学不稳定性阈值。在这里，使用原位磁场和等离子体测量的THEMIS卫星任务，我们表明，这种调节似乎也发生在地球的磁尾等离子体片的离子和电子尺度。不管太阳风和磁尾环境之间的明显差异，我们的研究结果表明，自发波动和它们的无碰撞调节是空间和天体物理等离子体的基本特征，从而表明该过程是普遍的。
2021-10-26 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless Magnetic Reconnection in Space Plasmas
磁重联需要打破冻结条件，冻结条件将旋转的带电粒子与抑制扩散的磁场联系在一起。在近地空间，持续的重连被认为是激发亚暴、磁暴、产生场向电流及其后果、丰富极光现象的原因。它的理论认识现在即将完成。重接发生在薄电流片中。分析概念逐渐深入到微观尺度，即电子趋肤深度或惯性长度的尺度，认识到薄的电流层优先进行自发重连。当等离子体流入迫使厚电流层变薄时，厚电流层开始重新连接。近半个世纪以来，重联的物理机制一直是个谜。最近，航天器的原位观测结合二维和三维的复杂数值模拟澄清了这一迷雾，发现重联在重联点周围的电子惯性（也称为电子扩散）区域（X线）内产生了电流层的特定结构。重联的发生归因于电子惯性和阻力辅助下的电子压力张量的伪粘性贡献，产生了复杂结构的电子电流片、电场和沿电流层延伸的电子排气。本文综述了无碰撞重联的一般背景理论和数值模拟的最新进展。在篇幅有限的简短回顾中，不可能涵盖重新连接的整个领域。呈现必然是粗略的，由我们的品味，偏好和知识决定。只有少量的观察，以支持少数选定的数值模拟。
2014-01-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Collisionless reconnection: The sub-microscale mechanism of magnetic field line interaction
磁场线是携带磁通量的一个量子$Φ_0=2π\hbar/e$的量子物体，并且具有有限半径$λ_m$。在这里，我们认为，他们拥有一个非常具体的动力学相互作用。平行的磁力线互相排斥。当被限制在一定区域时，它们形成六边形结构的二维晶格。我们估计这样一个区域的填充因子。另一方面，反平行的场线相互吸引。我们确定的物理机制是由于规范位场的作用，我们确定量子力学的两个平行和两个反平行的场线。量子电动力学真空的扭曲导致了虚偶云。我们从量子电动力学的角度计算了虚对产生率，并估算了虚对云密度、对电流和通过对云作用于场线上的洛伦兹力密度。磁力线动力学的这些性质在无碰撞重联中变得很重要，一致地解释了为什么以及如何在电子惯性尺度以下的电流片的无场中心自发地重联。
2012-02-28 astro-ph.HE physics.space-ph
The effect of guide-field and boundary conditions on collisionless magnetic reconnection in a stressed X-point collapse
D的作品。Tsiklauri，T. Haruki，Phys. of Plasmas，15，102902（2008）和D. Tsiklauri和T. Haruki，Phys. of Plasmas，14，112905，（2007）通过包含面外磁场（引导）场而扩展。特别是，磁重联过程中的碰撞，强调$X$点崩溃不同的面外导场研究使用动力学，2.5维，完全电磁，相对论粒子在细胞的数值代码。研究了开边界条件和闭边界条件下的情况，其中磁通量和粒子分别是损失和守恒的。结果发现，重联率和平面外电流的$X$点增加更快，峰值更早在封闭的边界的情况下，但在开放的边界的情况下达到更高的值。归一化重连率快：0.10-0.25。在开放的边界的情况下，增加的引导场产量后发生在重联峰值率，而在封闭的边界的情况下，初始峰值率发生得更快，但被抑制。重联电流增加低导场，但随后类似地减少。在开边界情况下，对于平面内磁场量级的导场，会产生电子涡旋。涡流产生的可能原因，在扩散区和局部等离子体加热的颗粒的流动的基础上，进行了讨论。在峰重联开始之前，在$X$点的面外电场中发现振荡，频率范围从大约1到2 $ω_{pe}$，并且与振荡重联一致。这些振荡被发现是一个更大的波图案的一部分。映射平面外电场随时间的变化并应用2D傅立叶变换揭示了波主要对应于普通模式，并且可以对应于可观察到的无线电波，例如太阳射电爆发精细结构尖峰。
2013-12-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent transport in 2D collisionless guide field reconnection
无碰撞等离子体中的输运通常被称为反常输运，这是由于粒子与自发湍流之间的相互作用。由于它的相关性，天体物理和空间等离子体，我们探讨了在电流片容易组件或导场重联，一个过程还没有得到很好的理解，湍流的激发。我们使用2.5D粒子在细胞（PiC）代码模拟分析的异常输运性质。我们分裂的平均，缓慢的变化（相对于快速湍流波动）的宏观观测，并确定的主要运输条款的广义欧姆定律。我们通过与独立确定的宏观电流的慢化率和湍流波动的一阶相关性获得的输运项进行比较来验证我们的发现。我们发现，湍流在导场重联的“低密度”分界线区域最为强烈。它是由流动不稳定性激发的，它主要是静电的，在空间中是“片状的”，因此是相关的准周期性异常输运。剩余的不可逆异常电阻率可以通过有效碰撞频率来参数化，有效碰撞频率范围从局部离子回旋到低混合频率。对由湍流平衡的缓慢变化的DC-电场的平行和垂直（对磁场）分量的贡献是相似的。然而，这种反常的电场比非对角压力项和欧姆定律的电子惯性项的贡献小。这一结果现在可以通过多航天器飞行任务MMS对地球磁层磁重联区域内和周围的湍流进行现场测量以及在MRX和VINETA-II等实验室实验中进行验证。
2017-02-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
New Measure of the Dissipation Region in Collisionless Magnetic Reconnection
提出了一种新的识别无碰撞磁重联中小尺度耗散区的方法。在电子静止坐标系中，从电磁场到等离子体的能量转移被表述为洛伦兹不变标量。在典型的配置：对称和不对称的重联，有和没有引导字段的二维粒子在细胞中的模拟测试的措施。在所有情况下，重连位点周围的最内部区域都被精确定位。我们进一步讨论了非理想MHD耗散的影响。
2011-05-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Comparison of multi-fluid moment models with Particle-in-Cell simulations of collisionless magnetic reconnection
在无碰撞磁重联的背景下，我们引入了一个可扩展的多流体矩模型。该模型演化完整的麦克斯韦方程组，并同时为每个物种在等离子体的弗拉索夫-麦克斯韦方程的时刻。电子惯性和压力梯度等效应自洽地嵌入到所得到的多流体矩方程中，而不需要显式地求解广义欧姆定律。两个限制的多流体矩模型进行了讨论，即，五个时刻的限制，每个物种的标量压力的演变，和十个时刻的限制，演变的全各向异性，非gyrotropic压力张量为每个物种。我们首先证明，分析和数值，五矩模型减少到广泛使用的霍尔磁流体力学（霍尔MHD）模型的假设下消失的电子惯性，无限的光速，和准中性。然后，我们比较了十矩和完全动力学粒子在细胞（PIC）模拟的大规模哈里斯片重联问题，其中十矩方程封闭的局部线性无碰撞近似的热通量。十矩模拟给出了合理的协议与PIC结果的结构和大小的电子流，极性和大小的电子压力张量的元素，和广义欧姆定律的分解。本文还讨论了改进简单局部封闭向非局部全三维封闭的可能途径。
2014-10-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Ohm's Law, the Reconnection Rate, and Energy Conversion in Collisionless Magnetic Reconnection
本综述聚焦无碰撞等离子体，基于第一性原理动力学模拟与星载观测，探讨了广义欧姆定律中非理想电场打破冻结通量条件引发磁重联的机制，重联率的确定方法，以及扩散区能量转换的诊断与建模。
2024-06-02 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Proton temperature anisotropy and magnetic reconnection in the solar wind: effects of kinetic instabilities on current sheet stability
我们通过二维混合模拟研究了质子各向异性驱动的动力学不稳定性对磁重联发生的作用。研究了在周围等离子体中存在质子温度各向异性时电流片的无碰撞撕裂。我们的结果证实，电流片区域内的各向异性质子可以显着增强/稳定电流的撕裂不稳定性。此外，大质子温度各向异性激发的线性不稳定性相关的波动可以显着影响等离子体的稳定性和扰动的电流片，触发撕裂不稳定性。我们发现，这样一个复杂的耦合导致更快的撕裂演化的制度，具有较大的垂直温度时，离子回旋不稳定性产生的各向异性质子分布函数。相反，在存在相反的各向异性的情况下，由具有较大平行温度的不稳定背景质子激发的消防水带波动不能有效地使电流片不稳定，电流片在消防水带饱和后长时间保持稳定。我们讨论了这种新的耦合对太阳风和日球等离子体动力学的可能影响。
2012-12-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent multicomponent magnetopause: Analytical description and kinetic simulation of complex distributed current sheets
本文通过粒子模拟研究无碰撞磁层顶的复杂电流片，发现其边界存在弯曲型不稳定性，内部可能产生 Weibel 型湍流，并验证了该模型在行星和恒星磁层顶研究中的适用性。
2024-12-21 physics.plasm-ph physics.space-ph
Three-Dimensional Magnetic Reconnection Spreading in Current Sheets of Non-Uniform Thickness
针对非均匀厚度电流片，推导了无碰撞反平行磁重联的三维扩展标度理论，发现从薄到厚区域扩展时速度按厚度比减慢，并通过3D双流体模拟验证，解释了磁层和太阳观测中扩展速度偏慢的现象。
2023-03-03 physics.geo-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic reconnection during collisionless, stressed, X-point collapse using Particle-in-Cell simulation
考虑了弱应力和强应力X点坍塌两种情况。这里，描述符弱和强分别指X点的20%和124%单向空间压缩。在弱应力情况下，重连率定义为X点（磁零点）的面外电场，由外部磁场和阿尔文速度的乘积归一化，峰值为0.11，其平均值超过1.25阿尔文倍为0.04。在光谱的高能量端，电流片中的电子能量分布示出指数随时间变化的幂律分布，在最终模拟时间步长（1.25阿尔文倍）处达到最大值-4.1。在强应力的情况下，磁重联峰值出现快3.4倍，并且更有效。峰值重连率现在达到2.5，平均重连率超过1.25阿尔文倍为0.5。电流片中电子的幂律能谱现在达到一个更陡的指数-5.5，这个值接近于在地球磁尾X型区域附近观察到的值。在大约一个阿尔文时间内，在弱应力和强应力的情况下，初始磁能的2%和20%分别转化为热能和加速粒子能。在这两种情况下，在重联的峰值期间，产生了四重面外磁场，暗示可能重联的霍尔机制。这些结果强烈地表明了无重粒子、受应力的X点坍缩作为解决太阳日冕加热问题的一个可能的贡献因素的重要性，或者更一般地说，作为将磁能转化为热能和超热粒子能的一种有效机制。
2007-10-09 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Spatially Localized Particle Energization by Landau Damping in Current Sheets Produced by Strong Alfven Wave Collisions
理解磁化等离子体中湍流涨落的能量去除以及由此产生的等离子体组成粒子的扰动是太阳物理学和天体物理学的一个主要目标。以前的工作表明，对向传播的阿尔芬波之间的非线性相互作用-或阿尔芬波碰撞-是天体物理等离子体湍流的基本组成部分，并在强非线性极限下自然产生电流片。一个强阿尔芬波碰撞的非线性gyrokinetic模拟被用来检查阻尼的电磁波动和相关的粒子的自洽产生的电流片中发生的阻尼。一个简单的模型解释了由于无碰撞阻尼和相关的粒子阻尼所产生的能量流，以及随后通过碰撞使粒子能量热化。由平行电场包围的净粒子被示出为空间间歇性的，并且非线性演化在使空间非均匀性方面是必不可少的。使用最近开发的场粒子相关技术，我们表明，粒子共振的Alfven波在模拟中占主导地位的能量转移，最终证明朗道阻尼在空间间歇性阻尼的电磁波动和随之而来的粒子在这个强非线性模拟的阻尼起着关键作用。
2017-07-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Critical Role of Collisionless Plasma Energization on the Structure of Relativistic Magnetic Reconnection
在磁主导的相对论重联，流入的等离子体耗尽的初始相对论压力在x线和碰撞等离子体加热内的扩散区域是不足以克服这种损失。由此产生的压降导致在x线处的塌陷，基本上是快速重连所需的扩散区域的局部化机制。这个低压区的扩展进一步解释了反平行重联的爆发性质，因为一旦打开流出排气也可以崩溃，这反复触发二次撕裂岛。然而，当存在外部引导场时，可以实现稳定的单个X线重连，因为重连磁场分量在流出处旋转出重连平面，从而提供额外的磁压力来维持打开的排气。
2019-10-20 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonthermal Electron Acceleration at Collisionless Quasi-perpendicular Shocks
冲击波在无碰撞的日光层和天体物理等离子体中的传播已经被广泛研究了几十年。一个主要的动机是了解冲击时的非热粒子加速。虽然扩散激波加速（DSA）理论长期以来一直是宇宙射线在激波加速的标准，粒子加速的等离子体物理理解仍然难以捉摸。本文综述了近几年来在准垂直冲击下电子非热加速机制的研究进展。本评论中的讨论仅限于以下三个具体主题。第一种是随机冲击漂移加速（SSDA），这是一种相对较新的电子注入DSA的机制。本文将讨论其基本机制、相关的现场观测和动力学模拟结果，以及它与DSA的联系。其次，我们讨论了与年轻超新星遗迹（SNRs）有关的高马赫数激波的激波冲浪加速（SSA）。虽然一维假设下的原始建议是不现实的，SSA现在已被证明是有效的一个完全三维的动力学模拟。最后，我们讨论了目前的理解磁化韦伯主导的冲击。激波结构内自生电流片的自发磁重联是韦伯产生的强磁湍流的有趣结果。我们认为，高马赫数冲击与阿尔芬和声音马赫数超过20-40将可能表现为韦伯主导的冲击。尽管最近有一些有趣的发现，SSDA，SSA，和磁重联的电子加速在无碰撞冲击的相对作用，以及如何占主导地位的粒子加速机制的变化取决于冲击参数仍然有待回答。
2022-09-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Physics of collisionless reconnection in a stressed X-point collapse
最近，我们用动力学的、2.5维的、完全电磁的、相对论的Particle-in-Cell数值程序[D. Tsiklauri和T.等离子体，14，112905（2007）]。在这里，我们通过解决关键的悬而未决的物理问题来完成对这一主题的调查。本文证明：（i）磁场零点处的面外电场重联是由电子压力张量的非对角项产生的，类似于GEM重联挑战所研究的撕裂不稳定Harris电流片的情况：（ii）当m_i / m_e >> 1时，重联通量的时间演化与离子电子质量比无关;在m_i / m_e = 1的情况下，当Hall项为零时，重联过程缓慢;当m_i / m_e >> 1时，重联过程缓慢（即霍尔项是非零的）重联是快速的，并且我们推测这是由于磁场被冻结到电子流体中，电子流体比离子流体移动得更快;（iii）在一个阿尔芬时间内，略低于初始总数的一半（40%）（大致为磁）能被转换成电子的动能，并且略多于一半（60%）被转换成离子的动能（类似于太阳耀斑观测）;（iv）在强应力X点的情况下，在大约一个阿尔芬时间内，对于超热电子（也与太阳耀斑观测相当），在速度分布的所有三个空间方向上看到完全各向同性。
2008-09-25 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Active current sheets and hot flow anomalies in Mercury's bow shock
热流异常（HFA）代表太阳风不连续性与无碰撞弓形激波相互作用的一个子集。它们通常在运动（对流）电场的法向分量指向嵌入的电流片的至少一侧时形成。HFA的核心区域包含热且高度偏转的离子流和相当低且湍流的磁场。在本文中，我们报告的第一次观测HFA类事件在水星确定了两个行星年的过程。使用的数据从轨道阶段的水星表面，空间ENAMINEMENT，地球化学和测距（信使）任务，我们确定了一个代表性的合奏活动电流片磁连接到水星的弓形激波。我们发现，这些事件中的一些表现出明确的磁场和粒子签名的HFA类似于那些早期在其他行星上观察到的，并提出他们的关键物理特性。我们的分析表明，水星的弓形激波不仅调解流的超音速太阳风等离子体，但也提供了条件，为当地的粒子加速和加热预测以前的数值模拟。与早期在地球，金星和土星的HFA活动的观察，我们的研究结果证实，热流异常是行星弓激波的一个共同的属性，并表明，这些事件的特征尺寸是一个行星半径的顺序。
2013-06-20 astro-ph.EP physics.space-ph
Disruption of Alfvénic turbulence by magnetic reconnection in a collisionless plasma
我们计算的破坏尺度$λ_{\rm D}$在动态对齐Alfvénic湍流的片状结构被破坏的磁重联在低$β$碰撞等离子体的发病。$λ_{\rm D}$的缩放取决于所考虑的统计的顺序，在更大的尺度上更密集的结构被破坏。主导能谱的结构的破坏尺度是$λ_{\rm D}\sim L_\perp^{1/9}(d_eρ_s)^{4/9}$，其中$d_e$是电子惯性尺度，$ρ_s$是离子声音尺度，而$L_\perp$是湍流的外部尺度。当$β_e$和$ρ_s/L_\perp$足够小时，尺度$λ_{\rm D}$大于$ρ_s$，并且在$λ_{\rm D}$而不是在$ρ_s$处的能谱中存在中断。我们提出，由破坏产生的波动是循环的通量绳，这可能已经在太阳风中观察到。我们预测这些结构的振幅和半径之间的关系，并量化的重要性的中断过程中的级联的未中断的结构的填充分数和分数减少的能量包含在它们中的离子声标度$ρ_s$。这两种组分都强烈依赖于$β_e$，在较低的$β_e$下，破坏的结构变得更加重要。最后，我们预测，$λ_{\rm D}$和$ρ_s$之间的能谱是陡峭的比$k_\perp^{-3}$，当这个范围存在。这种陡峭的“过渡范围”有时会在太阳风湍流的短时间间隔内观察到。因此，无碰撞磁重联的发生可能会显著影响离子陀螺仪周围等离子体湍流的性质。
2017-10-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron scale structures and magnetic reconnection signatures in the turbulent magnetosheath
最近的磁流体力学数值模拟结果表明，无碰撞空间等离子体湍流可以产生重联薄电流片。MMS任务提供了第一个严肃的机会来检查湍流产生的小离子-电子尺度重连是否类似于在磁尾或磁层顶经常观察到的重连事件。在这里，我们调查领域和粒子观测得到的MMS舰队在湍流的地球磁鞘后面的准平行弓形激波几何形状。我们观察到多个小规模的电流片在事件中，并提出了一个检测到的结构之一的详细外观。薄电流片的出现可以导致电子尺度结构，其中离子被退磁。在选定的结构中，我们看到离子退磁，电子射流，电子加热和agyrotropy的签名，这表明MMS航天器在这些尺度上观察到重连。
2017-06-13 physics.space-ph
Spectral signatures of recursive magnetic field reconnection
我们使用2.5D磁流体动力学模拟，通过产生多个次级电流片和磁岛来研究撕裂不稳定电流片的非线性破坏的光谱特征。在撕裂模演化的非线性阶段，出现了一个区域，其中磁能密度显示出接近$B(k)^2\sim k^{-0.8}$的幂律谱。这样的能谱被发现在对应的中性线，在初级电流片的扩散区域内，能量通过快速撕裂型不稳定性的“递归”过程被传递到更小的尺度。远离中性线，我们发现，磁能谱演变的斜坡兼容的“标准”柯尔莫哥洛夫频谱。从自相似描述的非线性阶段在中性线，我们提供了一个模型，预测重连磁场能谱标度为$k^{-4/5}$，与数值结果吻合良好。预测的幂律扩展到通用的电流片配置文件也给出了可能的影响湍流现象进行了讨论。这些结果为理解磁岛（等离子体团）的"递归“生成提供了一个前进的步骤，磁岛（等离子体团）被认为是耀斑期间能量释放的一种可能解释，但更一般地说，它可能对随后在大多数天体物理环境中发现的高伦德奎斯特数和无碰撞等离子体中自然形成的不稳定片的湍流演化产生影响。
2019-11-26 astro-ph.SR physics.space-ph
Instabilities in a current sheet with plasma jet
研究了等离子体喷流存在下磁流体动力学电流片的稳定性问题。电流方向垂直于电流片的法线，我们分析了两种情况：（1）电流沿磁场的反平行分量流动;（2）电流垂直于磁场的反平行分量流动。导出了一个广义方程组，并将其作为边值问题求解。对于第一种情况，我们证明了在$V_0/B_0 \lesssim 2$（其中$V_0$和$B_0$分别为射流速度和上游Alfvén速度）处的磁场作用下，流动扭折模是稳定的，并且不受电阻率的显著影响。在$V_0/B_0 \lesssim 1$处，流香肠模稳定，在有限电阻率下，流撕裂模可以过渡到流撕裂模。流撕裂模式比纯撕裂模式具有更大的增长率，但最大增长率与Lundquist数之间的标度关系保持不变。当射流垂直于磁场的反平行分量时，最不稳定的香肠模式通常是垂直的（沿着射流的波矢量），而没有引导场。但是，在有限的引导场的情况下，最不稳定的香肠模式可以是倾斜的，这取决于射流速度和引导场强度。
2022-06-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
The role of guide field in magnetic reconnection driven by island coalescence
许多研究通过模拟长重联电流片来考虑大的弱碰撞系统中的磁重联率是如何缩放的。然而，这种设置忽略了电流片的形成以及扩散区域与提供磁通量的较大系统之间的耦合。最近的磁岛合并，其中自然包括这些功能的研究发现，离子动力学物理是至关重要的，以描述重联率和全球演变的系统。本文考虑了岛合并过程中导场对重联的影响。与早期的电流片研究相反，我们确定了一个有限的范围内的引导场的重联率，外流速度，堆积磁场的大小增加的引导场的增加。Hall-MHD流体模型被发现重现动力学重联率只有一个足够强的引导场，离子惯性打破冻结的条件和流出成为Alfvenic在动力学系统。合并的大岛发生在一个较长的时间尺度上的零引导场的限制，这可能是部分由于镜像不稳定性，发生在上游的重联区。
2016-11-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Energy dynamics and current sheet structure in fluid and kinetic simulations of decaying magnetohydrodynamic turbulence
用流体和动力学程序对衰减磁流体动力学（MHD）湍流进行了模拟。初始条件是长波长、反向传播的剪切阿尔芬波的集合，它们相互作用并迅速产生强MHD湍流。总能量守恒和湍流能量衰减率是非常相似的两个代码，虽然流体代码有数值耗散，而动力代码有动力耗散。惯性距离功率谱指数在两个代码中是相似的。流体代码显示垂直波数谱斜率为$k_{\perp}^{-1.3}$。动力学代码示出了用于较小模拟域的$k_{\perp}^{-1.5}$的谱斜率，以及用于较大域的$k_{\perp}^{-1.3}$的谱斜率。我们估计，无碰撞阻尼机制的动力学代码可以解释所观察到的非线性能量级联的耗散。对当前图纸进行几何特征化。它们的长度和宽度在两个代码之间是很好的协议。长度与湍流的驱动尺度成线性比例。在流体代码中，它们的厚度由网格分辨率确定，因为没有显式扩散率。在动力学代码中，它们的厚度非常接近趋肤深度，而与网格分辨率无关。这项工作表明，动力学代码可以再现MHD惯性范围内的动态在大尺度上，而在同一时间捕获重要的动力学物理在小尺度上。
2015-06-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Interplay Between Collisionless Magnetic Reconnection and Turbulence
本文从理论、数值和观测角度回顾了无碰撞等离子体中磁重联与湍流之间复杂的相互作用，重点介绍了 NASA 的 Magnetospheric Multiscale 任务在地球磁层关键区域提供的新见解。
2024-07-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Oblique tearing mode instability: guide field and Hall effect
撕裂模不稳定性是解释日冕和地球磁层等离子体中快速磁重联触发的重要机制。本文分析了电流片在有引导场时撕裂模的线性稳定性，并考虑了霍尔效应。我们发现，存在一个强的引导场不修改最不稳定的模式在二维波矢量空间正交的电流梯度方向，这仍然是增长最快的平行模式。利用霍尔效应，引入引导场将沿引导场方向的非色散传播转变为色散传播。斜波模沿电流片法线方向具有波状结构，强导场抑制了这种结构，同时使本征函数不对称。
2020-09-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Generation of Alfvénic Waves and Turbulence in Reconnection Jets
考虑霍尔效应和引导磁场的影响，研究了局域体流平行于中性面时磁流体动力学线性稳定性。我们观察到三种不同的不稳定模式：“流撕裂”模式在低速流动速度，“流香肠”模式在中等流速，和“流扭结”模式在快速流动速度。流撕裂模和香肠模具有标准的撕裂模结构，在中性层中具有对称的密度波动，而扭结模具有不对称的波动。流撕裂模式的增长率随磁雷诺数的增加而减小，而香肠和扭结模式的增长率并不强烈依赖于雷诺数。当波瓣密度较低时，香肠模式和扭结模式不仅对于超阿尔夫文流动而且对于亚阿尔夫文流动都是不稳定的。这些不稳定模式的波长与等离子体片的厚度具有相同的数量级。在强引导磁场作用下，香肠模和扭结模的增长速率增强，而在弱引导磁场作用下，香肠模和扭结模的增长速率受到抑制。对于具有霍尔效应的薄等离子体片，在等离子体片上可以存在流动模式的波动。这些不稳定模可以看作是磁重联过程中等离子体片中产生Alfvénic湍流的过程之一。
2015-05-18 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Onset of secondary instabilities and plasma heating during magnetic reconnection in strongly magnetized regions of the low solar atmosphere
在一个2.5维多流体等离子体中性反应模型中，数值研究了太阳低层大气（距太阳表面约$300-800$ ~km）弱电离等离子体中不同空间尺度和不同高度的磁重联.我们考虑了强磁化等离子体（$β\sim 6\% $）从无力的磁位形演化而来，并被扰动以初始化重联电流片的形成。在大尺度上，观察到产生的电流片进行二次“等离子体团”不稳定性。一系列不同尺度下的模拟结果显示了一个级联电流片形成过程，该过程终止于宽度约为2 m，长度为$\sim100$ ~m的电流片，对应于临界电流片纵横比为$\sim50$。我们还观察到，等离子体团的不稳定性是主要的物理机制加速磁重联在这个等离子体参数制度。在等离子体团不稳定性出现后，重联率急剧增加到$\sim$ 0.035，观察到与Lundquist数无关。这些特征与完全电离等离子体中的磁重联非常相似。在这个低$β$导场重联制度，重组和碰撞的影响被观察到有一个小的贡献重联率。模拟结果表明，在磁重联过程中，将稠密的弱电离光球等离子体加热到$2\times10^4$ ~K以上是困难的。然而，当重联磁场为$500$ ~G或更强时，低太阳色球层中的等离子体可以被加热到$3\times10^4$ ~K以上。
2018-10-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The three-dimensional evolution of ion-scale current sheets: tearing and drift-kink instabilities in the presence of proton temperature anisotropy
我们提出了第一个三维混合模拟的离子尺度电流片的演变，与温度各向异性和相关的动力学不稳定性的撕裂不稳定性和粒子加热的增长的作用的调查。我们确认的离子回旋和消防水龙带不稳定性，以提高或抑制重联的能力，分别。模拟结果表明，持久的三维结构的出现，包括补丁重联网站和窄带漂移扭结不稳定性，抑制重联薄电流片与弱导场的快速增长。还讨论了太阳风电流片三维演化的潜在观测特征。我们的结论是动力学不稳定性，所产生的非麦克斯韦离子种群，是显着的三维电流片的演变，和二维的研究加热率的重联因此可能高估的能力薄，离子尺度的电流片加热的太阳风重联。
2014-11-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Laboratory Study of Collisionless Magnetic Reconnection
本文综述近二十年无碰撞磁重联实验室实验及其与MMS空间观测的联系，总结扩散区结构、能量分配、动力学波和等离子体团多尺度重联等成果，并展望未来研究方向。
2023-07-14 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron-scale reconnection in three-dimensional shock turbulence
在准平行激波的过渡区观察到了磁重联。本文采用粒子网格法模拟了准平行激波中的三维重联。激波过渡区是湍流的，导致形成具有不同取向的重连电流片。研究了弱导场和强导场作用下的两种重联点，结果表明重联是快速的、瞬态的。使用包括电子流和磁通量传输的诊断来表征重连位点。与二维模拟相比，实现了弱导场重联。此外，在这些事件中的电流片形成的方向几乎垂直于在二维模拟中发现的方向，其中重联几何形状受到约束。
2022-05-03 physics.space-ph
Solar Energetic Particle transport near a Heliospheric Current Sheet
太阳高能粒子（SEP）是空间天气的重要组成部分，在行星际磁场（IMF）的强烈引导下，SEP在行星际介质中传播。在这项工作中，我们分析的影响，一个单位的日光层电流片（HCS）的质子传播SEP释放网站到地球。我们模拟质子传播的分析定义的平面电流片附近的完整的3-D轨迹，收集到直方图，注量图和虚拟观察者的时间分布在1- 800兆电子伏的能量范围内的综合统计。我们表明，质子经历了显着的电流片漂移到遥远的彗星，导致时间剖面表现出多个组件，这是一个潜在的来源，令人困惑的解释观测。我们发现，在一个现实的参数范围内的电流片厚度的变化对粒子的传播几乎没有影响。我们发现，IMF配置强烈影响质子的减速。我们表明，在我们的模型中，存在一个平坦的赤道HCS在内日球层限制质子进入对面的半球。
2017-01-16 astro-ph.SR physics.space-ph
Role of Electron Inertia and Reconnection Dynamics in a Stressed X-point Collapse with a Guide-Field
在以前的无碰撞二维磁重联的模拟中，人们一致地发现，打破冻结条件的广义欧姆定律中的项是电子压力张量的非回旋分量的发散。采用完全相对论性的粒子模拟程序（PIC）模拟了二维和三维空间中的$X$点塌缩过程。我们发现，在一个二维$X$点崩溃的引导场接近的强度的面内场，沿扩散区的诱导剪切流的增加导致一个新的重联制度中，电子惯性项发挥主导作用的$X$点。这种转变的标志是磁岛的出现-因此是第二个重联点-以及沿着电流片移动的电子流涡旋。在$X$ -点的重联电场示出超过所有较低的引导场的情况下，为一个短暂的时期，表明在重联强的突发。通过将模拟扩展到三个空间维度，结果表明，沿电流片（可视化的$Q$值）的涡流的位置在平面外的方向变化，产生倾斜的涡流管。扩散区两侧的涡流管向相反的方向倾斜，类似于斜撕裂模式重联中的分叉电流片。涡流管的倾斜角进行了比较，理论估计，并发现是一个很好的匹配。粒子速度分布函数为不同的引导场运行，2.5D和3D模拟，进行了分析和比较。
2016-08-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron-to-ion bulk speed ratio as a parameter reflecting the occurrence of strong electron-dominated current sheets in the solar wind
电流片是无碰撞天体物理等离子体中磁重联和能量耗散的首选位置。其中的电流可以由电子和离子携带。在我们先前对湍流等离子体中CS形成相关过程的理论研究中，我们利用完全动力学和混合代码模拟，将离子视为粒子和电子-作为无质量流体，我们发现电子主导的CS可能在离子主导的CS内部或附近形成。电子成为电流的主要载体和贡献者的能量耗散在电子为主的CS。这些磁等离子体结构代表了一种特殊类型的CS，不应该与所谓的电子尺度CS混淆。我们的模拟结果表明，这样的CSs的特点是由电子-离子体速度比Ue/Ui增加。MMS任务的理论预测和高分辨率观测表明，在离子尺度上可以看到强电子主导的CSs。因此，我们建议，应用Ue/Ui参数的太阳风数据可能会允许定位最强的电子占主导地位的CSs与一个普通的航天器的分辨率至少约为1 - 3秒。结果表明，事实上，电子占主导地位的CSs对等离子体的影响，在一段时间内观察到的安静的太阳风条件在1 AU可能与Ue/Ui的急剧变化。发现电子主导的CS被定位在附近的离子主导的CS通过磁场和等离子体参数Ue/Ui的变化，显示相同的聚类。Ue/Ui可以作为探测太阳风中CSs以及电子在其中所起作用的关键参数之一。
2022-06-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Global Ten-Moment Multifluid Simulations of the Solar Wind Interaction with Mercury: From the Planetary Conducting Core to the Dynamic Magnetosphere
本文首次采用三维十矩多流体模型研究了水星紧耦合的大气-磁层系统。这种新的流体模型采用了非理想的效果，包括霍尔效应，惯性，张量的压力是关键的碰撞磁重联，因此，它是特别适合调查$collisionless$磁重联在水星的磁尾和行星的磁层顶。该模型能够再现所观察到的磁场矢量，场向电流，和交叉尾电流片不对称性（超越MHD方法）和模拟结果与航天器的观测结果吻合良好。我们还研究了水星的磁层响应的一个假设的极端事件与增强的太阳风动态压力，这表明的意义，感应效应产生的电磁耦合的内部。更有趣的是，等离子体团（或通量绳）在事件期间形成于水星的磁尾，表明水星磁层的高度动态性质。
2019-09-21 astro-ph.EP physics.comp-ph physics.plasm-ph
Electron-only magnetic reconnection in plasma turbulence
本文采用Hybrid-Vlasov-Maxwell方法模拟了在广义欧姆定律下考虑非线性电子惯性效应的磁化等离子体湍流。当波动能量被注入足够接近离子动力学尺度的尺度上时，离子有效地变得去磁，并且电子尺度的电流片在很大程度上主导了新兴电流结构的分布，与通常的情况相反，通常观察到完整的结构尺寸层次。这些电流片被证明是电子只重联（电子rec）的网站，其中通常的电子排气是不伴随离子流出，这是在定性协议与最近观察到的MMS在地球的湍流磁鞘，下游的弓激波。的电子-rec现象的一些功能被证明是一致的电子磁流体动力学的描述。模拟表明，这种制度的碰撞重联可能会发现在湍流系统中的等离子体过程，如微不稳定性和/或冲击，压倒更常见的湍流级联直接注入能量接近离子动力学尺度。
2020-07-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Visco-Resistive Plasmoid Instability
在线性和非线性区域分析了粘阻电流片中的等离子体团不稳定性。线性增长率和波数被发现作为$S^{1/4} {\left( {1 + {P_m}} \right)}^{-5/8}$和$S^{3/8} {\left( {1 + {P_m}} \right)}^{-3/16}$相对于伦德奎斯特数$S$和磁性普朗特数$P_m$的比例。此外，线性层宽度被示出为按比例缩放为$S^{-1/8} {(1+P_m)}^{1/16}$。当等离子体团进入非线性区域时，其增长从指数增长减慢到代数增长。特别地，发现等离子体团的非线性生长的时间尺度是$τ_{NL} \sim S^{-3/16} {(1 + P_m)^{19/32}}{τ_{A,L}}$。等离子体团的非线性增长是从根本上不同于线性的，它被证明是必不可少的，以了解全球电流片中断。还讨论了等离子体团不稳定性如何使粘阻等离子体中的快速磁场重联。特别是，它表明，递归等离子体团的形成可以触发碰撞的重联制度，如果$S \gtrsim L_{cs} {(ε_c l_k)^{-1}} {(1 + {P_m})^{1/2}}$，其中$L_{cs}$是全球电流片的一半长度和$l_k$是相关的动力学长度尺度。另一方面，如果电流片保持在碰撞制度，全球（时间平均）的重联率被证明是$\left\langle {{{\left. {dψ/dt} \right|}_X}} \ri…
2016-04-06 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Variability of the Reconnection Guide Field in Solar Flares
太阳耀斑可能是最著名的例子，它通过磁重联将磁能爆炸性地转化为整体运动、等离子体加热和粒子加速。所有耀斑的能量来源是极性反转线（PIL）上方暗条通道的高剪切磁场。在耀斑期间，该剪切场成为所谓的重连引导场（即，非重联分量），这已经被证明在确定重联的关键特性（包括粒子加速的效率）方面起主要作用。我们提出了新的高分辨率，三维，磁流体动力学模拟，揭示了详细的演变的磁剪切/引导场在整个爆发耀斑。磁剪切的演化经历了三个不同的阶段：剪切首先在PIL附近的一个狭窄区域内建立，然后向外扩展形成一个薄的垂直电流片，最后通过耀斑重联转移到剪切耀斑环和爆发通量绳的拱形结构中。我们演示了如何引导字段可以推断剪切耀斑环的观测。我们的研究结果表明，最初的引导场是由约5倍的重连分量，但它减弱了超过一个数量级的过程中的耀斑。瞬时，引导场也在空间上沿着三维电流片在类似的范围内变化。我们讨论的指导领域的时间和本地化的有效粒子加速耀斑的显着变化的影响。
2022-07-29 astro-ph.SR physics.space-ph
Multiple current sheet systems in the outer heliosphere: Energy release and turbulence
在日光层外层，在太阳风终止激波之外，预计弯曲的日光层电流片形成一个密集的、多个薄电流片的区域。这样的系统可能受到离子动力学撕裂不稳定性的影响，并因此产生与磁重联相关的磁岛和热离子群。在这种环境中的重联过程有重要的影响，当地的粒子运输，并在重联网站和湍流粒子加速。我们研究这个复杂的环境，通过三维混合模拟在很长的时间尺度上，为了捕捉撕裂不稳定性的线性增长的演变，在后期充分发展的湍流状态。最终状态的发展从高度有序的初始状态通过正向和反向级联。当包含引导场时，存在磁涨落的分量和谱各向异性。包含一群新出生的星际拾取质子不会强烈影响这些结果。最后，我们得出结论，多个电流片之间的重连可以作为一个重要的湍流源在外层日光层，高能粒子加速和传播的影响。
2016-03-22 astro-ph.SR physics.space-ph
Kinetic Simulations of Plasmoid Chain Dynamics
用三维粒子模拟方法研究了等离子体团链的动力学行为。研究了有无强度为渐近磁场1/3的均匀引导场时系统的演化。等离子体团链由自发的磁重联形成：撕裂不稳定性迅速破坏初始电流片，产生几个小规模的等离子体团，这些等离子体团的尺寸迅速增长，合并和扭结。等离子体团扭结主要是由聚结过程驱动的。结果表明，导场的存在强烈地影响了等离子体团链的演化。在没有引导场的情况下，主要的重连位点占主导地位，并且较小的重连区域被包括在较大的重连区域中，导致等离子体团占主导地位的电流片的分层结构。相反，在存在的引导场，等离子体团具有大致相同的大小和层次结构不出现，一个强大的核心磁场的发展在中心的等离子体团在现有的引导场的方向，和凸尾不稳定性，导致形成的电子空穴，被检测到的等离子体团附近。
2013-06-05 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
