Electron-magnetohydrodynamic simulations of electron scale current sheet dynamics in the Vineta.II guide field reconnection experiment
用三维电子-磁流体动力学（EMHD）方法模拟了静止和未磁化离子背景下的电子流片动力学以及随后产生的电磁涨落。模拟中的物理参数和初始磁位形选择与\textsc{Vineta} .II磁重联实验中的相似。与实验结果相一致，我们的三维EMHD模拟显示了一个细长的电子尺度电流片的形成与此片内的电磁波动的激发。模拟中的波动是由电子剪切流不稳定性产生的，该电子剪切流不稳定性在电流片演化期间发展的面内（垂直于片中的主电流的方向）电子剪切流（或电流）上生长。与实验结果相似，垂直于波导磁场方向的磁场起伏呈现出一个宽带频谱，其频谱符合幂律，并与轴向电流密度呈正相关。虽然实验结果表明，离子的影响的波动的光谱特性，模拟表明，电子动力学，即使在没有离子运动，主要决定了形成的电流片和产生的电磁波动在实验中观察到的。
2017-05-04 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
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
Bifurcation analysis of the plane sheet pinch
对电驱动平板箍缩过程进行了数值分岔分析。导电率在整个片材上变化，从而允许静态基本状态在某个临界哈特曼数下不稳定。最不稳定的扰动是二维撕裂模。将整个问题限制在两个空间维度上，这种模式被跟踪到时间渐近稳定状态，这被证明对三维扰动敏感，甚至接近主要不稳定性的点。一个全面的三维稳定性分析的二维稳态撕裂模式状态进行通过改变参数的片箍缩。三维扰动的不稳定性被平衡不变方向上足够强的磁场抑制。对于一个特殊的系统参数的选择，不稳定扰动状态的后续在其非线性演化，并发现接近三维稳态。
1999-12-09 chao-dyn nlin.CD physics.plasm-ph
Multi-region relaxed magnetohydrodynamics in plasmas with slowly changing boundaries --- resonant response of a plasma slab
最近提出的动力学扩展的泰勒松弛，\emph{multi-region relaxed magnetohydrodynamics}（MRxMHD）的绝热极限进行了总结，特别注意相对磁螺旋度的适当定义。使用一个简单的两个区域，剪切磁场模型类似的Hahm-Kulsrud-Taylor（HKT）波纹边界板模型的形式主义。在MRxMHD的线性梯度-Shafranov方程适用，即使在有限的波纹振幅。边界波纹的绝热导通在谐振表面处激发出对抗重联的屏蔽电流片。扰动磁场作为纹波幅度的函数计算调用由电流片分开的两个区域中的磁螺旋度守恒。在低纹波振幅下，电流片的每一侧上出现“半岛”，将旋转变换锁定在谐振值。超过一个临界振幅，这些岛屿消失，旋转变换发展一个不连续的电流片。
2017-03-17 physics.plasm-ph
Role of the Plasmoid Instability in Magnetohydrodynamic Turbulence
演化电流片中的等离子体团不稳定性由于其对电流片的破裂、等离子体团的形成以及由此产生的快速磁重联的影响而被广泛研究。在这封信中，我们研究的作用，等离子体团不稳定性的二维磁流体动力学（MHD）湍流的高分辨率直接数值模拟。在足够大的磁雷诺数（$R_m=10^6$），动态对准和湍流的共同作用导致大量的强电流片的等离子体团的形成。电流片结构的破坏促进了能量向小尺度的级联，导致能谱的断裂和陡峭化。在等离子体团介导的制度，能谱显示的缩放，是接近的光谱指数$-2.2$提出的最近的分析理论。我们还证明了二维MHD湍流中存在尺度相关的动态对准，对应的对准角的斜率接近0.25。
2018-09-25 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
On the tearing instability of highly elongated current sheets
撕裂不稳定性的严格理论在数学上是相当复杂的。因此，本说明的目的是证明他们的主要结果可以复制一个简单的定性分析各自的磁流体动力学（MHD）方程。
2018-09-17 physics.plasm-ph
Current-Sheet Formation in Electron Magnetohydrodynamics with Split Fractional Dissipation
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）
研究电子磁流体动力学中电流片形成，在二维半EMHD系统用分裂分数耗散数值模拟，发现其形成主要受磁势阻尼控制，有衰减/集中二分法，增长符合能量临界自相似率，完善了对称和图景。
2026-10-27 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
A paradigmatic flow for small-scale magnetohydrodynamics: properties of the ideal case and the collision of current sheets
我们提出了两套磁流体动力学（MHD）的初始条件，其中速度和磁场都具有空间对称性，这些空间对称性随着系统的演化而被动力学方程所保持。当以数字方式实现时，它们允许为给定的分辨尺度分离大量节省CPU时间和存储器存储要求。给出了推广到MHD的Taylor-Green流的基本性质，并研究了其中一种流的理想无耗散情况，直到相当于2048^3个网格点。在考虑的最高空间分辨率下，能谱的对数递减量δ的时间演化保持指数，在达到网格分辨率之前短暂地观察到加速。直到delta指数衰减结束时，该行为与没有出现奇点的规则流一致。随后的短加速形成的小磁尺度可以与近碰撞的两个电流片驱动磁压力在一起。它导致强烈的梯度与快速旋转的方向的磁场，一个功能也观察到在太阳风。
2008-08-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Numerical study on a canonized Hamiltonian system representing reduced magnetohydrodynamics and its comparison with two-dimensional Euler system
引入Clebsch参数化，我们制定了一个规范的哈密顿系统的辛叶约化磁流体力学。方程的一个有趣的结构是，洛伦兹力，这是一个二次非线性项在传统的公式，出现作为一个线性项-ΔQ，只是代表电流密度（Q是一个Clebsch变量，和Δ是二维拉普拉斯）;省略这一项减少了系统的中性流体的二维欧拉涡度方程。一个启发式的估计表明，电流片指数增长（即使在一个完全非线性的制度）与行动变量P是共轭Q。通过数值模拟，预测的行为的典型变量，产生指数增长的电流片，已被证明。
2014-01-21 physics.plasm-ph
Magnetic double gradient instability and flapping waves in a current sheet
本文分析了电流片在小垂直磁场分量沿电流片方向变化时的一种新的磁流体动力学不稳定性和波动。这些波和不稳定性与相对于电流片沿法向和切向方向的切向和法向磁场分量的两个梯度的存在有关。如果两个磁梯度的乘积为正或负，则电流片可以是稳定的或不稳定的。在稳定区，扭结状波模式被解释为所谓的拍波观察到的地球磁尾电流片。扭折波群速度估计为地球的电流片是几十公里每秒的顺序。这与观测到的磁尾电流片的拍动是一致的。
2007-07-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Variational integration for ideal magnetohydrodynamics with built-in advection equations
利用离散外微积分方法对拉格朗日标号下的理想磁流体力学的牛顿拉格朗日量进行离散化。然后导出了理想磁流体力学的变分积分器。除了辛和动量保持之外，该方案继承了Newcomb公式中的内置平流方程，因此避免了求解它们以及伴随的误差和耗散。我们实现的方法在2D和数值重联不发生时，奇异电流片。然后，我们将其应用于研究多个岛屿的理想聚结不稳定性的动力学。数值计算得到了嵌入电流片的弛豫平衡态。
2014-10-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The origins of $k^{-2}$ spectrum in the decaying Taylor-Green magnetohydrodynamic turbulent flows
我们研究了Lee等人（2010）报道的具有零大尺度磁通量的衰减Taylor-Green磁流体动力学流中$k^{-2}$谱的起源。这种标度指数的一个可能的候选者是弱湍流现象。从我们的数值模拟中，我们观察到，在磁泰勒-格林流的电流片形成的区域的磁不连续性。基于这一观察，并通过研究电流片的能量谱的影响，使用过滤技术，我们认为，不连续性是负责的$-2$幂律缩放的能量谱的流。
2013-06-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dynamic alignment and plasmoid formation in relativistic magnetohydrodynamic turbulence
我们提出了高分辨率的二维和三维模拟磁化衰减湍流的相对论电阻磁流体力学。模拟结果表明，动态形成的大规模间歇性长寿命的电流片被破坏的撕裂不稳定性成等离子体链。这些电流片是增强的磁场耗散和等离子体加热的位置。我们发现磁场能量谱$\propto k^{-3/2}$，连同强烈明显的动态排列的Elsasser场和速度和磁场，强导场湍流，而我们检索谱$\propto k^{-5/3}$的情况下，弱导场。
2021-11-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
On the Hall-mediated resistive tearing instability of highly elongated current sheets
本文全面描述了电阻撕裂不稳定性的双流体模型中涉及的各种制度。这些包括两个新的制度，这种不稳定性，这对应于长波模式，可以在高度拉长的电流片发展。这一问题与大Lundquist数磁流体动力学（MHD）物体中快速磁重联和磁湍流的研究有关。
2018-11-28 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
Coronal Heating Topology: the Interplay of Current Sheets and Magnetic Field Lines
在约化磁流体动力学机制下，研究了纳米片加热磁约束日冕的磁拓扑和磁力线随机游走特性。场线起源于电流片形成相干结构，称为电流片连接（CSC）区域，围绕它们延伸。CSC场线随机游走具有强各向异性，沿电流片的面内长度方向优先扩散。CSC场线的随机游走性质保持类似的整个合奏，但表现出增强的均方位移和分离，由于较强的磁场强度在CSC地区。粒子加速和太阳日冕和风的热传输，太阳苔藓的形成的影响进行了讨论。
2017-06-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Hall magnetohydrodynamic reconnection in the plasmoid unstable regime
一组约化的霍尔磁流体动力学（MHD）方程被用来评估大纵横比电流片的稳定性等离子体团（二次岛）的形成。在该分析中，重新连接由电阻率驱动，其发生在电阻趋肤深度$d_η\equiv S_L^{-1/2} \sqrt{L v_A/γ}$处，其中$S_L$是伦德奎斯特数，$L$是电流片的长度，$v_A$是阿尔文速度，并且$γ$是生长速率。对最近的电阻MHD分析的修正[N.] F. Loureiro，A. A. Schekochihin和S. C. Cowley，Phys.等离子体{ \bf 14}，100703（2007）]在碰撞足够弱使得$d_η$短于离子趋肤深度$d_i \equiv c/ω_{pi}$时产生。次级岛在这种霍尔MHD制度中生长得更快：与电阻性MHD中的$S_L^{1/4} v_A/L$和$S^{3/8}$相比，最大生长速率缩放为$(d_i/L)^{6/13} S_L^{7/13} v_A/L$，等离子体团的数量缩放为$(d_i/L)^{1/13} S_L^{11/26}$。
2011-08-16 physics.plasm-ph
Resistive magnetohydrodynamic simulations of X-line retreat during magnetic reconnection
为了研究电流片运动对重联过程的影响，我们进行了电阻磁流体动力学（MHD）模拟两个位置接近的重联网站移动远离对方的重联发展。这种模拟的发展速度比其他等效的单扰动模拟，但最终表现出更高的重连率。未受阻碍的流出射流比指向两个电流片之间形成的磁岛的流出射流更快且更长。X线和流动停滞点位于每个电流片的尾端附近，非常靠近阻塞出口。X线后退的速度范围为~0.02-0.06，而驻点后退的速度范围为~0.03-0.07，单位为初始上游Alfven速度。在早期，流动停滞点位于比X线更靠近电流片中心的位置，但是在稍后这两个点的相对位置切换。因此，在时间的后期，在X线后退的相反方向上，有显著的等离子体流穿过X线。在整个模拟过程中，X线处的速度不等于X线的速度。受这些结果的启发，在X点的局部参数的X线撤退率的表达式推导出来。这个表达式表明，X线撤退是由于两个平流的散装等离子体流和扩散的正常分量的磁场。
2010-09-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Observations of Heteroclinic Bifurcations in Resistive MHD Simulations of the Plasma Response to Resonant Magnetic Perturbations
在单流体和双流体电阻磁流体动力学（MHD）模拟中，发现了旋转球形托卡马克等离子体中一类新的静态磁流体动力学（MHD）磁岛分叉。随着外部施加的非轴对称磁场扰动的幅度在这些模拟中增加，构成等离子体中的共振螺旋磁岛的子集的内部通量表面逐渐伸长并经历异宿线分叉。分叉的结果是产生一组新的双曲椭圆不动点，正如Poincaré-Birkoff不动点定理所预言的那样。场线计算不包括电阻MHD等离子体响应所施加的扰动场不经历这类分叉，表明在分叉过程中的等离子体自组织的重要性。
2018-06-12 physics.plasm-ph
Three-dimensional plasmoid-mediated reconnection and turbulence in Hall magnetohydrodynamics
本文研究霍尔MHD中三维等离子体团介导重联，发现三维条件下单X线重联比二维更不易发生，且在特定Lundquist数和尺度比下可实现自生湍流重联，并分析了其能谱与各向异性特征。
2024-08-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Scaling laws of resistive magnetohydrodynamic reconnection in the high-Lundquist-number, plasmoid-unstable regime
当系统的Lundquist数（$S$）超过某一临界值时，系统中的Sweet-Parker层对等离子体团不稳定性是不稳定的。在本文中，数值标度研究已经完成了一个岛屿合并系统由一个低水平的随机噪声驱动。在早期阶段，一个初级Sweet-Parker层形成之间的两个合并的岛屿。当Lundquist数大于临界值$S_{c}\simeq4\times10^{4}$时，初级Sweet-Parker层通过多级级联分裂成多个等离子体团和更薄的电流片.由于等离子体团的不稳定性，该系统实现了快速的非线性重联率，几乎是独立的$S$，只有微弱的依赖于噪声的水平。发现线性状态中的类质团的数量与$S^{3/8}$成比例，如早期渐近分析所预测的（Loureiro \emph{et al.}，Phys. Plasmas \textbf{14}，100703（2007））。在非线性状态下，等离子体团的数量遵循更陡的标度，并且与$S$成比例。发现电流片的厚度和长度与$S^{-1}$成正比，电流片的局部电流密度与$S^{-1}$成正比。启发式的参数，在支持这些缩放关系。
2010-03-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Numerical study of $δ$-function current sheets arising from resonant magnetic perturbations
本研究通过GS求解器和SPEC代码数值求解HKT问题，验证了共振磁扰动下奇异电流片形成，并证明两代码结果高度一致。
2023-09-01 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Inertial-Range Reconnection in Magnetohydrodynamic Turbulence and in the Solar Wind
关于太阳风的现场航天器数据显示，事件被确定为具有流出和明显的“$X$ -线”$10^{3-4}$倍离子尺度的磁重联。为了理解湍流在这些尺度上的作用，我们在磁流体动力学（MHD）模拟中对惯性范围重联事件进行了案例研究。我们观察到随机漂移的磁力线在空间中，标准的磁通量冻结由于理查森色散的故障，和一个扩大的重联区包含许多电流片。粗颗粒的磁几何形状类似于太阳风中的大尺度重联，然而，双曲线通量管或“$X$ -线”在积分长度尺度上延伸。
2015-03-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Electron scale nested quadrupole Hall field in Cluster observations of magnetic reconnection
这封信提出了第一个证据的自发重联在多个网站的电子电流片，即嵌套四极结构的霍尔场在电子尺度上，在集群的观测新的和独特的功能。新的嵌套四极子是重联中电子尺度过程的结果。上游等离子体对来自相邻重联位点的电子流的相互作用的哨声响应产生包围多个位点的四极场的大尺度四极霍尔场，从而形成嵌套结构。电子电流片的电子磁流体动力学模拟给出了嵌套四极子的形成机制。
2014-05-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Processes in current sheets responsible for fast energy conversion in the magnetospheric collisionless plasma
磁层等离子体结构的动力学本质上具有间歇性的慢相和快相。快速转变是一个非线性过程，失去平衡，最终缓慢的准静态演变。这个过程被分析为一个动态分岔。无论是撕裂模扰动还是气球模扰动，在演化过程中达到边缘稳定状态时，都会出现这种现象。由此产生的力的不平衡导致自发形成的非线性动力学薄电流结构。它们要么是一对缓慢的无碰撞激波，要么是嵌入较厚等离子体片结构中的特定各向异性薄电流片。两者都是强烈能量转换的场所，它们在磁层无碰撞等离子体中实现快速磁重联。
2013-01-29 physics.plasm-ph
Effect of guide field on three dimensional electron shear flow instabilities in collisionless magnetic reconnection
我们研究了外部引导场和电流片厚度对由电子剪切流驱动的电子电流片的三维不稳定模的生长速率和性质的影响。增长最快的模式的增长率下降迅速与当前片的厚度，但增加缓慢的引导场的强度。增长最快的模式是撕裂型，只有薄电流片（半厚度$\approx d_e$，其中$d_e=c/ω_{pe}$是电子惯性长度）和零导场。对于有限的导场或较厚的电流片，最快增长的模式是非撕裂型。然而，最快的2-D撕裂模式和3-D非撕裂模式的增长率是相当薄的电流片（$d_e < $半厚度$ < 2\,d_e$）和小的引导场（的数量级的磁场支持电子电流片的分量的渐近值）。结果表明，电子-磁流体力学（EMHD）和磁流体力学（MHD）撕裂模的一般模式共振条件取决于有效耗散机制（分别为EMHD和MHD情况下的电子惯性和电阻率）。通常的撕裂模共振条件（$\mathbf{k}.\mathbf{B}_0=0$，$\mathbf{k}$是波矢，$\mathbf{B}_0$是平衡磁场）可以从弱耗散极限下的一般共振条件恢复。从一般模式共振条件出发，得到了撕裂模存在的必要条件（与电流片厚度、导场强度和波数有关）。
2015-04-06 physics.plasm-ph
Vortex disruption by magnetohydrodynamic feedback
在导电的流体中，涡流会延伸出一个微弱的大尺度磁场，在其边缘形成强电流片。与这些电流片相关的是磁应力，随后通过重新连接释放，导致涡旋破坏，甚至可能破坏。这种中断现象在这里的上下文中的二维，均匀的，不可压缩的磁流体动力学。我们得出一个简单的数量级估计的磁应力-从而程度的中断-这取决于背景磁场的强度（测量参数$M$，阿尔文速度和一个典型的流速之间的比率）和磁扩散率（测量磁雷诺数$\mbox{Rm}$）。由此产生的估计表明，当$M^{2}\mbox{Rm} = O(1)$。为了检验我们的预测，我们分析了直接数值模拟的旋涡产生的破碎不稳定的剪切流与初始弱背景磁场。使用大久保-外斯涡相干性准则，我们引入了一个涡破坏措施，并表明它是一致的，我们预测的缩放，由剪切层和射流的不稳定性产生的涡。
2016-09-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Elimination of MHD current sheets by modifications to the plasma wall in a fixed boundary model
磁流体动力学（MHD）平衡模型，为了计算方便，假设存在一个系统的嵌套磁通量表面往往表现出奇异的电流片。这些片位于共振通量表面，与合理的旋转变换值。我们研究了通过适当修改等离子体边界，我们规定在一个固定的边界设置消除这些奇异性的可能性。我们发现，相对简单的迭代程序，可以用来消除弱电流片产生的谐振壁谐波的非线性相互作用的谐振通量表面。这些类型的程序可以证明在融合装置的设计中是有用的，融合装置具有改善的稳定性和运输性能的配置。
2019-11-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Instabilities in a current sheet with plasma jet
研究了等离子体喷流存在下磁流体动力学电流片的稳定性问题。电流方向垂直于电流片的法线，我们分析了两种情况：（1）电流沿磁场的反平行分量流动;（2）电流垂直于磁场的反平行分量流动。导出了一个广义方程组，并将其作为边值问题求解。对于第一种情况，我们证明了在$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$处，流香肠模稳定，在有限电阻率下，流撕裂模可以过渡到流撕裂模。流撕裂模式比纯撕裂模式具有更大的增长率，但最大增长率与Lundquist数之间的标度关系保持不变。当射流垂直于磁场的反平行分量时，最不稳定的香肠模式通常是垂直的（沿着射流的波矢量），而没有引导场。但是，在有限的引导场的情况下，最不稳定的香肠模式可以是倾斜的，这取决于射流速度和引导场强度。
2022-06-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
Generation of Surface Sausage Oscillations of a Current Sheet and Propagating Magnetoacoustic Waves by Impulsive Reconnection
本文模拟了日冕中相反极性磁源汇聚引发的脉冲重联，发现重联驱动电流片产生表面香肠振荡，并激发向外传播的快慢磁声波，周期约91秒，为日冕加热机制提供新见解。
2025-07-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Collapse of the neutral current sheet and reconnection at micro-scales
在电子磁流体力学框架下研究了微尺度下的重联物理。通过解析解和数值解证明了中性电流片的一个新的崩溃过程。它显示了如何在尺度小于离子惯性长度的压缩片触发电流扰动的爆炸性演变。坍缩导致形成一个强烈的子层，然后形成一个嵌入平衡层的X点结构。与这种结构相关的霍尔电流支持高重连率。电子皮尺度下的非线性静态解揭示了电子惯性和小粘性提供了场线断裂的有效机制。重联率不依赖于粘度的实际值，而最大电流被发现是有限的，即使是空间等离子体与极其罕见的碰撞。通过双流体大尺度数值模拟验证了所得结果。
2017-11-30 physics.plasm-ph
Magnetic reconnection with a 0.1 rate: Effective resistivity in general relativistic magnetohydrodynamics
Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）；Department of Physics, University of Toronto（多伦多大学物理系）；David A. Dunlap Department of Astronomy & Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学大卫·邓拉普天文与天体物理系）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Department of Astronomy, Columbia University（哥伦比亚大学天文学系）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理学中心）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；Princeton Center for Theoretical Science and Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学理论科学中心和天体物理科学系）；Anton Pannekoek Institute（安东·潘内克研究所）
该研究通过引入有效电阻率模型，展示了相对论磁流体动力学在模拟磁重联速率方面的能力，特别是在中子星和黑洞磁osphere中的应用。
2026-01-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic turbulence mediated by reconnection
MHD湍流中的磁场波动可以看作是在较小尺度上逐渐各向异性的电流片。正如Loureiro & Boldyrev（2017）和Mallet et et al（2017）所建议的那样，在一定的临界厚度$λ_c$以下，这种电流片变得撕裂不稳定。我们建议，撕裂不稳定性改变了磁场线的有效排列方式，以平衡在所有尺度小于$λ_c$的涡流周转率。结果，湍流波动在较小尺度下逐渐变得不那么各向异性，对准角随着$θ\sim (λ/λ_*)^{-4/5+β}$而增加，其中$λ_*\sim L_0 S_0^{-3/4}$是电阻耗散尺度。这里$L_0$是湍流的外尺度，$S_0$是相应的伦德奎斯特数，{ $0\leq β<4/5$ }是参数。所得傅立叶能谱为$E(k_\perp)\propto k_\perp^{-11/5+2β/3}$，其中$k_\perp$为垂直于局部平均磁场的波数，临界尺度为$λ_c\sim S_L^{-(4-5β)/(7-{20β/3})}$。最简单的模型对应于$β=0$，在这种情况下，预测的缩放形式上与（Mallet et et al 2017）中从突然崩溃的电流片的离散分层模型中获得的解决方案之一一致，这是一种与我们的方法不同且互补的方法。我们还表明，重新连接介导的间隔是非普遍的耗散机制。形式为${\tilde η}k^{2+2s}$的超电阻率（在最简单的情况下为$β=0$）导致不同的…
2017-06-21 physics.plasm-ph
Marginal Stability of Sweet-Parker Type Current Sheets at Low Lundquist Numbers
磁流体动力学模拟表明，一个非唯一的临界伦德奎斯特数$S_c$存在，徘徊在$S_c \sim 10^4$，超过阈值Sweet-Parker型静态重连配置变得不稳定的快速撕裂模式为主的等离子体团生成。人们知道，沿表的流动起着稳定的作用，虽然一个令人满意的解释的非普适性和可变的临界伦德奎斯特数观察仍然缺乏。在这里，我们讨论了这个问题，使用二维线性MHD模拟和线性稳定性分析的Sweet-Parker型电流片在存在背景的固定流入和流出在低伦德奎斯特数（$S\le 10^4$）。模拟结果表明，不均匀的流出稳定的电流片通过拉伸不断增长的磁岛，并在同一时间疏散的磁岛的电流片。这限制了在任何给定波长处开始的波动可以保持不稳定的时间，使得不稳定性为非指数的。我们发现，基于扩展波长假设的线性理论适用于大于$\sim 1000$的$S$。然而我们还发现，来流和初始扰动位置也会影响稳定阈值。
2018-04-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Small scale structures in three-dimensional magnetohydrodynamic turbulence
我们使用网格高达1536^3点的直接数值模拟，研究了在确定性和随机初始条件下，三维衰减MHD流中小尺度发展的速率。平行的流面和涡面在相同的空间位置形成，并在初始指数阶段后进一步不稳定和折叠或卷起。在高雷诺数下，发现电流和涡度最大值的自相似演化，其中它们作为时间的三次方增长;然后流量达到独立于雷诺数的有限耗散率。
2006-07-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the compressibility effect in test particle acceleration by magnetohydrodynamic turbulence
利用试验粒子模拟方法研究了磁流体动力学（MHD）场作用下带电粒子运动中的可压缩性效应。这个问题与太阳风和日冕有关，因为在这些天体物理场景中，气流具有可压缩性。我们考虑了在强背景磁场下，由MHD方程的直接数值模拟得到的湍流电磁场。为了探索流动可压缩性对粒子动力学的影响，我们进行了不同的数值实验：不可压缩的情况下，和两个弱可压缩的情况下，马赫数M = 0.1和M = 0.25。我们分析了质子和电子在这些湍流场中的行为，这些湍流场是众所周知的，以形成在引导磁场的方向上对齐的电流片。我们所说的质子和电子是测试粒子，其尺度与MHD湍流的耗散尺度相当（对于质子），但远小于（对于电子），保持正确的质量比me /mi。对于这些测试粒子，我们表明，可压缩性提高了质子加速的效率，和电流片之间产生的垂直电场引起的。另一方面，电子保持磁化，并显示几乎绝热运动，没有观察到压缩性的影响。另一组数值实验考虑了两种流体修改，即由于霍尔效应和电子压力梯度的电场。我们表明，电子压力有一个重要的贡献，电子加速，允许高度平行的电子束。相比之下，对于质子，没有观察到这些附加项的显著影响。
2016-07-25 physics.plasm-ph
Non-equilibrium Ionization Modeling of Petschek-type Shocks in Reconnecting Current Sheets in Solar Eruptions
当等离子体状态偏离电离平衡假设时，非平衡电离（NEI）是天体物理等离子体诊断的必要条件。在这项工作中，我们进行快速NEI计算结合磁流体动力学（MHD）模拟和分析的Petschek型磁重联电流片在太阳爆发期间的电离特性。我们的模拟揭示了Petschek型慢模冲击在经典的Spitzer热传导模型和传导通量限制的情况下。结果表明，在激波重联流出区和激波外围的热晕区普遍存在欠电离特征。偏离平衡电离强烈地依赖于等离子体密度。此外，这种偏离对可观察到的目标温度很敏感：高温铁离子受到NEI效应的强烈影响。电离不足也影响合成的SDO/AIA强度，这表明重建的热重联电流片结构的温度或表观宽度可能被显着低估。我们还对经典太阳耀斑几何中的重联电流片进行了MHD-NEI分析。最后，我们发现在重联电流片的下尖端，向下流出与闭合的磁回路碰撞，可以强烈地影响多个SDO/AIA带比沿重联电流片的电位反转之间的欠电离和过电离状态。
2022-11-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Dynamic Topology and Flux Rope Evolution During Non-linear Tearing of 3D Null Point Current Sheets
本文详细描述了三维撕裂不稳定电流片中磁场零点附近的动态磁场。我们专注于在撕裂过程中形成的磁零点和磁通绳的演变。一般来说，我们发现，这两个磁结构都是在层内大量产生的，并且是非平凡相关的。我们研究了如何在分叉过程中创建和消灭空值，并描述了它们如何在当前层内演变。首先观察到的零分岔类型与电流层内的磁通绳对的形成有关。我们还发现，新的零形成这些磁通绳，内部重联和相邻的磁通绳相互作用。通量绳表现出复杂的演变，驱动的理想扭结和它们的相互作用与流出射流从主层的组合。不稳定层的有限大小也使我们能够考虑更广泛的影响磁通绳的产生。我们发现，不稳定的电流层作为一个源的扭转MHD波和动态编织的磁场。这些结果的影响，太阳物理学的几个领域进行了讨论。
2014-06-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Current Sheet Statistics in Three-Dimensional Simulations of Coronal Heating
在最近的数值研究中[Ng等人，占星术。J. { \bf 747}，109，2012]，利用使用简化磁流体动力学（RMHD）的日冕加热的三维模型，我们已经基于一系列运行获得了加热速率与伦德奎斯特数的缩放结果，在这些运行中，随机光球运动被施加数百到数千个\al时间，以便获得收敛的统计值。在这些模拟中发现的加热速率饱和到独立于Lundquist数的水平。该缩放结果也得到了分析的支持，该分析假设了当前片的Sweet-Parker缩放，以及当前片的宽度、长度和数量如何与Lundquist数缩放。为了测试这些假设，我们已经实现了一个自动化的例程来分析这些模拟中的数千个电流表，并返回这些量的统计标度。结果表明，Sweet-Parker标度是合理的。然而，也发现了一些差异，需要进一步研究。
2013-02-01 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Fast reconnection in relativistic plasmas: the magnetohydrodynamics tearing instability revisited
磁主导等离子体中的快速重联经常被用于磁星巨耀斑模型，脉冲星风中的磁耗散，或解释蟹状星云中观测到的伽马射线耀斑，因此它的研究在高能天体物理学中至关重要。在这里，我们研究，通过二维数值模拟，线性相位和随后的非线性演化的撕裂不稳定性的相对论电阻磁流体力学的框架内，适当的情况下，阿尔文速度接近光速。研究发现，不稳定性的线性相位与经典MHD中的分析非常吻合，在经典MHD中，增长率与伦德奎斯特数S成S^-1/2的比例，唯一的例外是由于热能和磁能的贡献而增加的惯性项。此外，当考虑纵横比为S^-1/3的反比的薄电流片时，恢复了所谓的“理想”撕裂状态，模式的增长与S无关，并且非常快，只有几个光穿过片长度的时间。波动的整体增长被认为是完全取决于背景阿尔芬速度的值。在完全非线性阶段，我们观察到一个朝向基模的逆叶栅，Petschek型超声速射流从X点以外部Alfven速度传播，并且在预测值R~（ln S）^-1处有一个快速的重联速率。
2016-05-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The Role of a Flux Rope Ejection in Three-dimensional Magnetohydrodynamic Simulation of a Solar Flare
通过简单地将具有低$β$等离子体的太阳耀斑二维电阻磁流体动力学模拟模型推广到三维模型，研究了耀斑中三维磁绳爆发和磁重联过程的动力学演化.我们成功地再现了一个电流片和双向重联流出的磁通绳在我们的三维模拟喷发期间。我们在2D和3D模拟中计算了强扭曲磁通绳和弱扭曲磁通绳的四种情况。弱扭磁绳在三维模拟中的时间演化表现出与二维模拟相似的行为，而强扭磁绳在三维模拟中除了初始相位演化外，表现出与二维模拟明显不同的时间演化。3D模拟中强扭和弱扭磁绳的喷射速度都大于2D模拟，3D情况下的重联率也大于2D情况。这表明即使在3D模拟中磁通绳的喷射速度和重联率之间也存在正反馈，并且我们得出结论，等离子体团诱导的重联模型可以应用于3D。我们还发现，小尺度的等离子体团形成的电流片，使它的湍流。这些小尺度的等离子体团喷射在局部增加的重联率间歇性的太阳耀斑中观察到的作用，加上全球爆发的通量绳。
2013-08-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Onset of Fast Reconnection in Hall Magnetohydrodynamics Mediated by the Plasmoid Instability
超Alfvénic等离子体团不稳定性的快速重联的发病中的作用进行了研究，通过最大的霍尔磁流体动力学模拟到目前为止，与系统的大小高达$10^{4}$离子集肤深度（$d_{i}$）。它表明，等离子体团不稳定性可以促进发病的快速霍尔重联，在一个制度，否则发病将无法访问，因为Sweet-Parker宽度是显着高于$d_{i}$。然而，霍尔重联的拓扑结构不一定是一个稳定的X点。存在一个中间区域，其中单个X点拓扑本身表现出不稳定性，导致系统在单个X点几何形状和由等离子体团不稳定性产生的具有多个X点的扩展电流片之间交替。通过一系列的模拟与各种系统的大小相对于$d_{i}$，它表明，系统的大小影响的可达性的中间政权。系统规模越大，越容易实现中间状态。虽然我们的霍尔MHD模型缺乏许多重要的物理效应，包括在完全动力学模型，一个单一的X点几何形状是不可避免的事实，提出了有趣的可能性，霍尔MHD模拟可能有潜力实现重联的几何特征类似于在完全动力学模拟，即扩展的电流片和等离子体团形成。
2011-07-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Relation between current sheets and vortex sheets in stationary incompressible MHD
磁流体动力学位形具有强烈的局部电流集中和涡旋，对空间和天体物理等离子体中的能量耗散起着重要作用。在这项工作中，我们调查的电流片和涡片之间的关系，在不可压缩的，固定的平衡。对于这种方法，磁流体静力学和静态不可压缩流体力学的类似数学结构允许我们将静态平衡转化为静态平衡，这是有帮助的。这种变换的主要控制函数是阿尔芬马赫数M_A的分布，它沿着磁场线总是恒定的，但可以从一个场线到另一个场线变化。在M_A为常数的情况下，涡流和电流浓度是平行的.更有趣的是非线性的情况，其中M_A垂直于场线变化。这是边界层的典型情况，如磁层顶、日球层顶、绕着盔状流光流动的太阳风和太阳冕洞的边界。相应的海流面和涡面在某些情况下也显示出一条直线，但不是在每种情况下。对于二维的特殊密度分布，可能有流而没有涡面。考虑到小Alfven马赫数的限制，在二维场对准流中，没有强流面也可以存在涡面。如果Alfven马赫数（几乎）恒定，并且在某些边界层上密度梯度很大，则电流片可以消失。需要强调的是，所用理论不仅适用于小Alfven马赫数M_A<<1，而且适用于M_A~1。与其他理论方法和观测的联系以及空间等离子体中的物理效应。给出了流面和涡面理论研究的不同之处。
2012-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence-generated proton-scale structures in the terrestrial magnetosheath
最近的磁流体力学数值模拟结果表明，在无碰撞的空间等离子体湍流可以自发地产生薄电流片。这些相干结构可以部分解释湍流中的不均匀性和局部等离子体加热的非均匀分布。在这封信集群多点观测被用来调查的分布磁场不连续性和相关的小尺度电流片在地球磁鞘下游的准平行弓激波。实验表明，第一次，最强的湍流产生的电流片占据与磁场偏导数的极值相关联的概率分布函数（PDF）的长尾。在分析的一个小时长的时间间隔内，观察到大约一百个强烈的不连续性，可能是质子尺度的电流片。
2016-03-01 physics.plasm-ph
Thin current sheets caused by plasma flow gradients in space and astrophysical plasma
等离子体流中的强梯度在空间和天体物理等离子体中起着重要作用。典型的情况是静态等离子体平衡被等离子体流包围，这可以导致在具有不同磁拓扑的场线之间的分界线处的强等离子体流梯度，例如，行星磁层、日冕中的头盔流光，或日光层和星际介质之间的边界。在这项工作中，我们迈出了第一步，以了解这些流动的影响对发生电流片在一个稳定的状态的情况。在这里，我们集中在不可压缩的等离子体流动和二维平衡，这使我们能够找到固定的磁流体力学方程（SMHD）的解析解。首先，我们解决磁流体静力学（MHS）方程的帮助下的梯度Shafranov方程，然后我们把这些静态平衡到一个稳定的状态与等离子体流。我们特别感兴趣的是研究SMHD-平衡与强等离子体流梯度垂直于separatrices。我们发现，诱导薄电流片自然发生在这种情况下。感应电流的强度取决于阿尔文马赫数及其梯度，以及磁场。
2010-08-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Evidence for a singularity in ideal magnetohydrodynamics: implications for fast reconnection
本文给出了理想三维磁流体动力学（MHD）有限时间奇异性的数值证据。模拟从没有初始速度的两个互锁的磁通量环开始。磁弯曲力导致磁通环收缩，直到它们接触。这在它们之间产生电流片。在理想的可压缩计算中，有限时间$t_c$中奇点的证据是峰值电流密度在一定范围的声速（或等离子体β）下表现得像$|J|_\infty \sim 1/(t_c-t)$。对于不可压缩的计算与可压缩的计算的一致性注意到，并提出证据，有收敛到一个自相似的状态。在电阻重联计算中，磁螺旋度几乎是守恒的，能量是耗散的。
1999-04-20 astro-ph chao-dyn nlin.CD
How is the magnetic reconnection derived from magnetohydrodynamics equations?
我们澄清如何磁重联可以从磁流体力学（MHD）方程的方式，是容易理解的大学生。控制磁场时间演化的基本机制是扩散动力学。磁场由两个分量表示。它澄清了一个组件的扩散导致另一个组件的生成，最初是零，因此，磁力线重新连接。为了正确地发生这种重连，初始磁场必须在两个区域中方向相反，$y>0$和$y<0$ ;对于$y>0$（$y<0$）必须是凹的（凸的）;并且对于远离x轴的$y$必须是饱和的，这将指示当前片的存在。很明显，我们基于扩散的理解与关于磁重联的一般定性解释是平行的。
2012-06-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Optimal Energy Growth in Current Sheets
本文研究了电流片线性微扰中瞬态增长的可能性。由电流片组成的背景场的电阻磁流体动力学（MHD）算子是非正常的，这意味着相关的本征值和本征模可以是非常敏感的扰动。在撕裂电流片的线性稳定性分析中，我们表明，模式阻尼为$t\rightarrow\infty$可以产生瞬态能量增长，贡献更快的增长率和更高的能量实现（在一个固定的有限时间内）比不稳定的撕裂模式从正常模式分析。我们确定的瞬态增长撕裂稳定和撕裂不稳定的制度，并讨论我们的结果在太阳大气中的过程，如耀斑和日冕加热的后果。我们的研究结果有显着的潜在影响，如何快速电流片可以被打乱。特别是，由于（渐近）阻尼模式的瞬态能量增长可能会导致加速电流片变薄，因此，更快的等离子体团不稳定性的发病率相比，由撕裂模式单独确定。
2017-09-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Legolas: magnetohydrodynamic spectroscopy with viscosity and Hall current
等离子体中的许多线性稳定性方面受到超出基本理想磁流体动力学（MHD）描述的非理想效应的严重影响。在这里，现代开源MHD光谱代码Legolas与粘度和霍尔电流的扩展是突出的，并以一组严格的历史和最近的发现为基准。粘性扩展被证明在一个圆柱形的设置具有泰勒-库埃特流和粘阻等离子体板与撕裂模式。对于霍尔扩展，我们展示了如何在一个无限均匀介质中的全本征模谱的解析色散关系。我们量化的霍尔项的电阻撕裂模式在哈里斯电流片的影响，包括压缩性的影响，这是在早期的研究中没有。此外，我们说明了如何Legolas模仿不可压缩的限制，很容易比较文献的结果。超越发表的研究结果，我们强调的重要性，计算完整的本征模谱，以及如何修改的频谱元素的可压缩性。这些扩展允许未来的稳定性研究与莱戈拉斯正在进行的发电机实验，原行星盘，或磁重联。
2022-06-15 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
The Onset of Magnetic Reconnection in Dynamically Evolving Current Sheets
本文通过三维MHD模拟研究日冕动态变薄电流片中撕裂不稳定性触发的磁重联起始，发现其发生需不稳定性增长快于电流片变薄，且磁剪切量是关键开启参数，为利用可观测特征预测电流片破裂和磁能释放提供了依据。
2024-06-06 astro-ph.SR math-ph math.MP
Tearing and Kelvin-Helmholtz dynamics in fully kinetic particle-in-cell simulations of electron-scale current sheets
Institute of Advanced Research（高级研究院）；St. Xavier’s College (Autonomous)（圣泽维尔学院（自治））
研究电子尺度电流片的稳定性及非线性演化，采用全动能电磁粒子-细胞模拟，探讨电流片厚度对主导不稳定性及非线性动力学的影响。
2026-03-28 physics.plasm-ph
Intermittency in Weak Magnetohydrodynamic Turbulence
利用衰减直接数值模拟方法研究了在强均匀磁场${\bf b_0}$和零交叉螺旋度下不可压缩弱磁流体动力学湍流的间歇性。在领先的顺序，这一制度是通过三波共振相互作用与这些波中的两个散射的第三/慢模式，其中$k_{\parallel} = 0$。当与慢模的相互作用被人为地减少时，系统表现出具有$k_{\perp}^{-3/2}$的能谱，而具有$k_{\perp}^{-2}$的预期精确解被恢复为具有完整的非线性系统。在后一种情况下，当结构函数的矢量分离横向于${\bf b_0}$时，发现强不稳定性-与预期自相似的经典弱湍流不一致。这一令人惊讶的结果，这是第一次在这里报告，可以解释的影响，慢模式的制度属于强湍流。我们推导出一个新的对数泊松定律，$ζ_p = p/8 +1 -(1/4)^{p/2}$，它完全符合数据，并突出了电流片的主导作用。
2014-09-07 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
