Fast collisionless reconnection and electron heating in strongly magnetized plasmas
使用保留非等温电子动力学的新型流体动力学模型[Zocco & Schekochihin，Phys. Plasmas 18，102309（2011）]研究了强磁化（低β）、弱碰撞等离子体中的磁重联。结果表明，电子加热通过朗道阻尼（线性相位混合）是占主导地位的耗散机制。在时间上，电子加热发生在重联率的峰值之后;在空间上，它集中在磁岛的分界线上。对于足够大的系统，峰值重连率为$cE_{max}\approx 0.2v_AB_{y,0}$，其中$v_A$是基于重连字段$B_{y,0}$的阿尔文速度。岛的饱和宽度是相同的MHD模型，除了小系统，当它变得可比的动力学尺度。
2013-01-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron Heating by Parallel Electric Fields in Magnetotail Reconnection
本文基于140个磁尾重联出流样本，利用电子速度分布推断平行电场加速电势，揭示其加热幅度、标度关系及对离子—电子能量分配的作用。
2025-03-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
The inner structure of collisionless magnetic reconnection: The electron-frame dissipation measure and Hall fields
最近提出，电子框架耗散测度，即在电子的静止框架中从电磁场到等离子体的能量转移，识别无碰撞磁重联的耗散区域[Zenitani等人，Phys. Rev. Lett. 106，195003（2011）]。该措施进一步应用到反平行重联的电子尺度结构，通过使用二维粒子在细胞（PIC）模拟。中心耗散区的大小由电子-离子质量比控制，这表明电子物理是必不可少的。一个狭窄的电子喷流沿着流出方向延伸，直到它到达电子冲击。喷流区似乎是反耗散的。在冲击下，电子加热与磁腔特征有关。结果总结到一个统一的图片的单一耗散区的霍尔磁几何形状。
2014-12-31 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Enhanced Electron Mixing and Heating in 3D Asymmetric Reconnection at the Earth's Magnetopause
电子加热和混合过程中的非对称重联进行了研究与三维动力学模拟，匹配等离子体参数从磁层多尺度（MMS）航天器观测的磁层顶扩散区。与2D模拟相比，磁层分界线上的混合和加热得到了强烈的增强。在三维空间中，粒子穿越分界线的输运是由磁层顶附近陡峭的密度梯度激发的低杂波漂移湍流引起的。在三维模拟（而不是二维模拟），电子温度平行于磁场内的混合层是显着高于其上游值与MMS的意见。
2017-03-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
The effect of plasma-$β$ on the heating mechanisms during magnetic reconnection in partially ionized low solar atmosphere
本研究通过数值模拟发现，在部分电离低层太阳大气中，低等离子体-$\beta$ 时湍流重联产生的压缩加热为主导机制，而高 $\beta$ 时部分电离效应（如焦耳热和双极扩散加热）变得重要。
2025-06-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron Heating by Debye-Scale Turbulence in Guide-Field Reconnection
我们报告的静电德拜尺度湍流发展的扩散区域内的非对称磁层顶重联与中等引导场使用的观测磁层多尺度（MMS）任务。我们表明，布尼曼波和束模式导致有效的和快速的热化的重联电子射流通过不可逆的相混合，在此期间，射流动能转化为热能。我们的结果表明，在一个中等的引导场的存在下，重联扩散区是高度湍流，静电湍流在电子加热中起着重要的作用。
2019-12-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron and Ion Heating during Magnetic Reconnection in Weakly Collisional Plasmas
利用回旋动力学方法模拟了强磁化、弱碰撞等离子体的磁重联加热过程。对于低等离子体β的情况下，平行和垂直的相位混合强烈增强能量耗散产生电子加热。在磁重联动力学过程结束后，加热会持续很长一段时间。对于更高的β情况，离子与电子耗散率的比率增加，这表明离子加热（通过相混合）可能成为高β等离子体中重要的耗散通道。
2015-04-13 physics.plasm-ph
Particle Heating and Energy Partition in Low-$β$ Guide Field Reconnection with Kinetic Riemann Simulations
动力学黎曼模拟已经完成，以探讨在低$β$环境中的内日光层和日冕的引导场重联粒子加热。重联排气是由两个旋转不连续性（RD）和两个慢激波（SS）的排气内形成的磁流体动力学（MHD）模型。在RD处，离子被磁场张力加速以驱动重联流出以及在面外方向上的流动。面外流流向中平面并汇合以驱动SS。SS与MHD模型中的SS有很大不同。在激波前缘和上游和下游的湍流很弱，所以激波是层流的，几乎没有耗散。在SS的下游，逆流离子束导致更高的密度，这导致SS之间的正电势，其用于限制下游电子以保持电荷中性。电势将电子从SS的上游加速到下游区域，并捕获一小部分，但仅适度地将下游电子温度增加到上游值以上。在低- $β$极限中，释放的磁能在整体流动和离子加热之间分开，其中很少能量流向电子。该模型既不产生强电子加热，也不产生高能电子成分，这表明需要其他机制，如多个x线重联，来解释大耀斑中高能电子的产生。该模型可以用帕克太阳探测器的预期数据进行测试。
2019-07-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Self-Regulation of Solar Coronal Heating Process via Collisionless Reconnection Condition
我提出了一个新的范式太阳日冕加热视为一个自我调节的过程，保持等离子体轻微碰撞。该机制是基于两个效应之间的耦合。首先，日冕密度控制等离子体的碰撞性，因此之间的缓慢碰撞Sweet-Parker和快速碰撞重联制度的过渡。反过来，日冕能量释放导致色球蒸发，增加密度，从而抑制新重新连接的环的后续重新连接。因此，从统计学上讲，密度在某个临界水平附近波动，与日冕中观察到的密度相当。从长远来看，日冕加热可以通过快速重连事件（纳米耀斑），蒸发事件和日冕等离子体的长期缓慢磁应力积累和辐射冷却的重复循环来表示。
2007-12-23 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Perpendicular ion heating in turbulence and reconnection: magnetic moment breaking by coherent fluctuations
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona（亚利桑那大学）；Space Science Center and Department of Physics, University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
该研究提出了一种理论框架，统一了随机离子加热、回旋加热和重联加热，解释了垂直离子加热在湍流和重联中的机制。
2026-02-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Anisotropic electron heating in turbulence-driven magnetic reconnection in the near-Sun solar wind
我们进行了一个高分辨率的二维全动力学数值模拟的湍流等离子体系统的观测驱动的条件下，以调查之间的相互作用的湍流，磁重联，粒子加热从离子到亚电子尺度的近太阳太阳风。我们发现，湍流等离子体和电磁波动的功率谱显示多个幂律的间隔下到尺度小于电子回旋半径。观察到磁重联发生在对应的电流片的电子惯性长度的顺序，其形成和收缩，由于相互作用的离子尺度的涡旋的厚度。在某些情况下，观察到离子和电子的流出（经典的重联场景），而在其他情况下-通常对于最短的电流片-只有电子射流（“电子重联”）。在重联开始时，电子温度开始增加，并发展出强烈的平行温度各向异性。这表明在强湍流中，电子尺度相干结构可能对电子加热起着重要作用，因为脉冲和局部化现象，如磁重联，可能比与波动相互作用相关的阻尼机制更有效地将能量从电磁场转移到粒子。
2022-05-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Direct Measurement of Electron Heating in Electron-Only Reconnection in a Laboratory Mini-Magnetosphere
University of California–Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等技术学院等离子体与核聚变研究所/GOLP）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过非集体汤姆逊散射测量电子速度分布，发现电子加热从1.8eV升至9.5eV，实现了40%的坡印廷流转化为电子焓流。
2025-12-16 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
Ion and electron heating during magnetic reconnection in weakly collisional plasmas
通过回旋动力学模拟研究了强磁性、弱碰撞等离子体中离子和电子的磁重联和相关加热。它示出，相当数量的释放的磁能耗散产生（不可逆的）电子和离子加热通过相混合。电子加热主要局限于磁岛，而不是电流片，并发生在动力学重联阶段之后。离子加热仅在高β等离子体中与电子加热相当，并且由于有限的拉莫尔半径效应而导致平行相混合和垂直相混合;在空间中，离子加热局限于由电流片的不稳定性引起的次级岛（等离子体团）的内部。
2015-04-13 physics.plasm-ph
Evidence for the dissipation region in magnetotail reconnection
Geotail航天器对2003年5月15日事件的无碰撞磁重联耗散区的特征进行了研究。电子整体流静止坐标系中的能量耗散以近似形式D*_e考虑，并通过粒子模拟进行了验证。耗散测度直接由{等离子体矩}、电场和磁场计算。利用D*_e，在Geotail数据中的可能X点附近成功地检测到了一个紧凑的耗散区。耗散率为45 pWm**{-3}。耗散区的长度估计为1- 2局域离子惯性长度。还介绍了洛伦兹力对等离子体作功的速率--洛仑兹功W。它在重联区为正，在远离X点的堆积区附近有一个峰值。这些新的测度D*_e和W为理解重联结构提供了有用的信息。
2012-05-08 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Two-scale structure of the electron dissipation region during collisionless magnetic reconnection
用PIC方法模拟了无碰撞磁重联，结果表明，电子耗散区沿流出方向呈现明显的双尺度结构.发现电子电流层的长度随着电子质量的减小而减小，接近质子-电子等离子体的离子惯性长度。然而，令人惊讶的是，电子形成了一个高速流出射流，该射流与磁场保持解耦，并从x线向下游延伸了很大的距离。在非常大的系统中，重联的速率仍然很快，与边界条件和电子质量无关。
2007-04-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Plasmoid Ejections and Loop Contractions in an Eruptive M7.7 Solar Flare: Evidence of Particle Acceleration and Heating in Magnetic Reconnection Outflows
粒子加速和等离子体加热在何处发生与磁重联的关系是太阳耀斑的一个基本问题。我们报告了2012年7月19日SDO/AIA和RHESSI观测到的M7.7耀斑的分析。等离子体团喷射和收缩尖形环形式的双向外流起源于爆发的通量绳和下面的耀斑环之间，速度通常为200-300 km/s，最高可达1050 km/s。这些外流与空间分离的双冠状X射线源与质心分离减少的能量。最高温度位于非热X射线环顶源附近，远低于推断的重联位点附近的收缩尖点的原始高度。这些观察结果表明，粒子加速和等离子体加热的主要场所是在重联流出区域，而不是重联网站本身。此外，有一个最初的上升的X射线和EUV环顶源之前，最近认识到下降，我们归因于多个过程之间的相互作用，包括向上发展的重联和向下收缩的重联环。脉冲相的开始延迟了10分钟，从下降的开始，但与向上的等离子体团，个别回路收缩，和整体的环顶下降，暗示的能量释放率和重连流出速度的密切关系的快速增加相一致。
2013-03-14 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
A Laboratory Experiment of Magnetic Reconnection: Outflows, Heating and Waves in Chromospheric Jets
日节点观测揭示了色球层中间歇性的周期性等离子体喷射/喷流。这些被解释为非完美的反平行磁重联，即组件重联，扭曲的磁通量管和预先存在的日冕/色球磁场之间的结果，虽然组件重联的基本物理尚未揭示。在本文中，我们实验再现的磁位形和研究的动力学等离子体喷射，加热和波的产生所触发的组件重联色球。我们使用氩等离子体，将等离子体参数设置为色球层中的参数（密度为10^14 cm^-3，温度为5-10 eV，即（5-10）× 10^4 K，重联磁场为200 G）。实验结果表明，离子流为双向流出，流出速度最大为5 km/s，下游离子加热超过30 eV，磁场涨落周期主要为5-10 μ s。我们成功地定性地再现了色球喷流，但在定量上，如喷流速度、总能量和波频率等与观测结果仍有一定的差异。其中一些现象可以用太阳等离子体与实验室等离子体的尺度差来解释，而另一些现象则可能是由于微观与宏观的差异、碰撞性和电离度的差异造成的，而这些在我们的实验中还没有实现。
2014-12-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Acceleration of Ions in Solar Flares During Magnetic Reconnection
太阳耀斑离子在磁重联过程中的加速是通过自洽地跟随质子和$α$粒子的运动的粒子模拟来探索的。我们证明了主导离子加热过程中的引导场（垂直于重联平面的磁分量）的结果从拾取行为在进入重联排气。与反平行重联相反，温度增量主要横向于局部磁场，而不是平行于局部磁场。质子和α的比较揭示了拾取行为中的质荷比（$M/Q$）阈值，该阈值有利于加热高$M/Q$离子而不是质子，这与脉冲耀斑观测结果一致。
2011-10-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Two-Stage Bulk Electron Heating in the Diffusion Region of Anti-Parallel Symmetric Reconnection
反平行对称重联过程中扩散区的电子体重联需要两个阶段。首先，流入的电子被双极平行电场捕获并激发。接下来，电子在经历曲折运动时从重联电场获得能量。这些无碰撞机制已经在前面描述过了，它们导致了高度结构化的电子速度分布。尽管如此，一个简化的控制体积分析提供了估计如何与上游等离子体条件的净有效加热尺度与完全动力学模拟和航天器观测。
2016-09-29 physics.plasm-ph
From Solar and Stellar Flares to Coronal Heating: Theory and Observations of How Magnetic Reconnection Regulates Coronal Conditions
目前还没有解释为什么日冕具有它所具有的温度和密度。我们提出了一个模型，解释了如何动态的磁重联调节条件的日冕。在临界状态下，磁重联的分叉会对给定密度的日冕温度施加一个上限。我们目前的观测证据，从107耀斑在37个类太阳恒星恒星的恒星日冕接近这一临界状态。该模型对日冕的自组织临界性模型有重要意义。
2008-02-05 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
The Enhancement of Ion Heating in Kinetic, Anti-Parallel Reconnection in the Presence of a Flow Shear
本研究通过2.5D Particle-In-Cell模拟发现，流剪切通过将剪切能转化为热能，使反平行磁重联中的离子加热增加高达300%，并降低外流速度，为Parker Solar Probe观测到的重联抑制现象提供了理论解释。
2025-08-13 physics.plasm-ph
Probing Proton versus Electron Heating and Energization during Magnetic Reconnection
University of Maryland（马里兰大学）；IREAP, University of Maryland（马里兰大学IREAP）；Institute for Physical Science and Technology, University of Maryland（马里兰大学物理科学与技术研究所）；Joint Space Science Institute, University of Maryland（马里兰大学联合空间科学研究所）
研究磁重联中质子与电子的加热和能量激发机制，发现质子因初始能量获取优势而持续比电子更快升温。
2025-12-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Onset of 3D Magnetic Reconnection and Heating in the Solar Corona
磁重联是天体物理学中的一个重要过程，它被认为是由电流片的撕裂不稳定性引发的，电流片是磁场突然改变方向并产生电流的区域。最近的研究表明，这些结构中的磁剪切量是太阳大气中磁重联在流体空间尺度上比动力学尺度大得多的开关性质的关键参数。我们目前的三维电流片与太阳日冕的条件下的重联的模拟结果。使用高保真度的模拟，我们遵循的线性和非线性的三维撕裂不稳定性的演变，导致重新连接。我们发现，取决于参数空间，磁剪切可以发挥重要的作用，在发病的显着能量释放和加热通过非线性撕裂。在我们的研究中存在两种制度，取决于电流片是否比增长最快的平行模式的波长更长或更短（在相应的无限系统中），从而确定子谐波是否存在于实际系统中。在一个制度中，其中增长最快的平行模式具有次谐波，这些次谐波的非线性相互作用和3D等离子体团的聚结在非线性演化中占主导地位，磁剪切在释放的能量中仅起微弱的作用。在第二个政权，其中增长最快的平行模式没有分谐波，然后只有强烈剪切电流片，其中斜模式是强大到足以与占主导地位的平行模式竞争，显示任何显着的能量释放。我们希望这两个制度存在于太阳上，所以我们的研究结果有重要的后果，在不同的太阳物理应用的重联开始的问题。
2020-02-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear Reconnection in Magnetized Turbulence
最近对强磁化等离子体湍流的分析工作假设存在一系列尺度，其中撕裂不稳定性可能支配能量级联。在本文中，我们估计的条件下，这种撕裂可能会引起充分的非线性磁重联的湍流涡旋，从而使显着的能量转换和耗散。当这些条件得到满足时，一个新的湍流区域就会出现，其中重连驱动的能量耗散变得很常见，而不是当它们不满足时必然出现的罕见特征。
2019-07-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Energy Dissipation in Turbulent Reconnection
我们研究的压力-应变相互作用的性质，在重联网站，由美国宇航局的磁层多尺度（MMS）任务检测。我们采用的数据从一系列已发表的案例研究，包括一个大规模的重联事件在磁层顶，三个小规模的重联事件在磁鞘电流片，最近发现的电子只重联的一个例子。在所有情况下，我们发现，压力应变显示转换成（或从）内能在重联网站的签名。电子加热速率大于离子加热速率，在所有考虑的情况下，压缩加热都占主导地位。在重联区，热能转换率的大小与电磁能转换率的大小接近。虽然在大多数情况下，压力-应变相互作用表明粒子内能增加，但在一种情况下，内能减少。这些观察结果表明，压力-应变相互作用可以作为一个独立的措施的能量转换和动力学在重联区域，特别是独立的措施的基础上的电磁功。最后，我们探讨了一个选定的重联网站在湍流粒子细胞（PIC）模拟，进一步支持观测结果。
2021-11-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Dissipation in Relativistic Pair-plasma Reconnection: Revisited
用粒子模拟方法研究了正负电子对等离子体中相对论性磁重联的基本性质。我们首先回顾了Hesse & Zenitani（2007）的一个问题，他们研究了X线上的动力学欧姆定律。通过对应力-能量张量的分解，我们建立了相对论性的欧姆定律。然后，新的长期，称为热流惯性项的作用，检查在PIC模拟数据。我们进一步评估了重联系统中的能量平衡。这些分析展示了物理上透明的方法来诊断相对论动力学数据。
2017-09-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Reduction of Ion Heating During Magnetic Reconnection by Large-Scale Effective Potentials
本研究通过粒子模拟与解析方法发现，磁重联中大尺度平行电场关联势可增强电子加热、降低离子加热，能量分配取决于上游电子beta，而总热能转化占比或与上游参数无关。
2016-03-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Scaling of Particle Heating in Shocks and Magnetic Reconnection
本研究结合理论与观测分析，揭示无碰撞等离子体中激波和磁重联的粒子加热温度升高量的线性依赖因素，推导出离子电子加热比的标度公式，为空间等离子体粒子加热研究提供基础。
2025-03-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Fast Collisionless Reconnection Condition and Self-Organization of Solar Coronal Heating
我认为，太阳日冕加热是一个自我调节的过程，使日冕等离子体大致边缘碰撞。自我调节机制基于两种效应的相互作用。首先，等离子体密度控制日冕能量释放之间的过渡缓慢碰撞Sweet-Parker制度和快速碰撞重联制度。当Sweet-Parker层变得比特征无碰撞重联尺度更薄时，就会发生这种转变。根据上游等离子体密度（n_e）、重联（B_0）和引导（B_z）磁场分量以及重联层的整体长度（L），我提出了一个简单的判据：L <6.10^9 cm [n_e/（10 ^{10}/cm^3）]^（-3）（B_0/30 G）^4（B_0/B_z）^2。接下来，日冕能量释放通过重连通过色球蒸发提高了周围的等离子体密度，这反过来又暂时抑制了随后的重连，包括新重连的环。然而，随着时间的推移，辐射冷却逐渐降低密度再次低于临界值，快速重联再次成为可能。因此，密度是高度不均匀和间歇性的，但在统计上，并没有强烈偏离临界值，这是与观测到的日冕密度。因此，从长远来看，日冕加热过程可以通过由快速重连事件组成的重复循环来表示（即，纳米片），接着是快速蒸发事件，接着是相对长的时间（1小时），在此期间磁应力建立，同时等离子体冷却并沉淀。
2007-08-30 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Dropouts of Fully Stripped Ions in the Solar Wind: A Diagnostic for Wave Heating versus Reconnection
ACE卫星上的SWICS仪器在缓慢的太阳风和行星际日冕物质抛射（ICME）中探测到频繁的间隔，其中C6+和其他完全剥离的离子被强烈耗尽，尽管Si和Fe等元素的电离状态表明这些离子应该存在。有人认为，这些异常值或丢失事件可以用共振回旋加速器加热过程来解释，因为这些离子都具有与He 2+相同的回旋频率。我们调查这些离群事件形成的日冕区域。它必须高于电离冻结高度和过渡到无碰撞等离子体条件，但足够低，风仍然感受到太阳引力的影响。我们认为，辍学事件对应于相对密集的气泡中的加热减少，因为阿尔芬速度的局部变化改变阿尔芬波的反射和湍流级联。结果，完全剥离的离子的回旋频率下的波功率被He 2+吸收，并且可能无法将其他完全剥离的离子加热到足以克服太阳引力。如果这幅图得到证实，它可能有助于区分太阳风的共振回旋加热和随机加热模型。
2022-08-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Contribution of Magnetic Reconnection Events to Energy Dissipation in Magnetosheath Turbulence
通过对MMS磁鞘测量结果的分析，得到了电子尺度下磁重联（MR）事件对相干结构能量耗散贡献的统计结果。采用增量偏方差（PVI）方法在磁场数据中寻找相干结构。进一步选择了具有反转磁场分量的电流片结构。我们考虑以下标准来识别MR事件，如具有磁场反转的电流片、显著的能量耗散和明显的电子流出速度。从统计上看，对于大多数磁共振事件，其PVI值大于其他类型相干结构的PVI值，其能量耗散也比其他类型相干结构的强。然而，由于MR事件的相对小的比例，它们对相干结构的能量耗散的贡献相对微不足道。如果考虑非相干结构的耗散，MR事件对磁鞘能量耗散的贡献将较小，因此，MR事件虽然具有较强的局部耗散，但并不是磁鞘能量耗散的主要贡献者。在分析了非磁共振电流片的特征后，我们认为非磁共振电流片主要是动力学阿尔文涨落所固有的相干结构。
2020-10-28 physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence, Energy Transfers and Reconnection in Compressible Coronal Heating Field-line Tangling Models
MHD湍流长期以来一直被认为是帕克日冕加热方案框架内日冕环加热的一种机制。由于计算量大，迄今为止的研究大多集中在其动力学性质上，而没有考虑其热力学和辐射特性。在本文中，我们扩展了以前的研究可压缩制度，包括能量方程，通过使用HYPERION，一个新的并行化，粘阻，三维可压缩MHD代码。HYPERION采用Fourier配置-有限差分空间离散，并使用三阶Runge-Kutta时间离散。我们表明，平行于直流磁场的热传导的实施诱导的辐射发射集中在边界处，与色球-过渡区-日冕系统的性质相似。
2009-12-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Energy Partition between Ion and Electron of Collisionless Magnetic Reconnection
利用粒子模拟方法研究了无碰撞磁重联过程中等离子体的加热。我们分析了等离子体温度随重联磁通管运动的时间演化，其中等离子体温度被定义为模拟坐标系/磁通管坐标系中心的速度分布函数的二阶矩，并且我们表明磁重联过程中的等离子体加热可以分为两个不同的阶段：在非绝热加热阶段，磁场线在X型扩散区重新连接;在绝热加热阶段，两个磁通管合并后，磁通管收缩。在绝热加热阶段期间，等离子体温度$T$可以近似为$TV^{γ-1}=const.$，其中$γ=5/3$是比热，并且$V$是通量管的体积。在非绝热加热阶段，我们发现离子温度增量与电子温度增量之比可用$ΔT_i/ΔT_e \approx (m_i/m_e )^{1/4}$近似，其中$m_i$和$m_e$分别为离子和电子的质量。我们还提出了一个基于磁扩散主导重联的理论模型来解释模拟结果。
2018-11-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Reduced fluid-kinetic equations for low-frequency dynamics, magnetic reconnection and electron heating in low-beta plasmas
本文提出了一个低β等离子体中磁重联和低频动力学的极小模型。该模型结合了分析和计算的简单性与物理可实现性：它是一个严格的限制的陀螺动力学等离子体β的顺序的电子-离子的质量比。该模型包含碰撞，可用于碰撞和无碰撞重联制度。它包括回旋离子（不假设冷），并允许通过电阻率或电子惯性（无论哪个占主导地位）对磁场线进行拓扑重排。两个流体动力学耦合到电子动力学-电子不假定等温，并通过减少漂移动力学方程描述。因此，该模型允许的不可逆性和通过速度空间中的平行相混合的磁能转化为电子热。分析了各种形式的自由能之间的交换及其转化为电子热。它示出了如何所有相关的线性波和制度的撕裂不稳定性（无碰撞，半碰撞和完全电阻）恢复在我们的模型的各种限制。提出了一种有效的方法来模拟我们的方程数值，通过厄米表示的速度空间。结果表明，速度空间中的小尺度将形成，从而引起一个浅厄米空间谱，由此推断，对于稳态或足够慢的动力学，电子加热速率将保持有限的碰撞消失的限制。
2011-10-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Energy transport during 3D small-scale reconnection driven by anisotropic plasma turbulence
无碰撞等离子体中的能量耗散是一个长期存在的基本物理问题。虽然众所周知，磁重联和湍流耦合和传输能量从系统尺度到亚质子尺度，能量分布和能量耗散渠道的细节仍然知之甚少。特别是，与三维（3D）的小尺度重联发生的湍流级联的结果是未知的能量传递和运输。我们使用一个显式的完全动力学的粒子在细胞中的代码来模拟三维小尺度磁重联事件中形成的各向异性和Alfvénic衰减湍流。我们确定了一个高度动态和不对称的重联事件，涉及两个重联通量绳。我们使用基于玻尔兹曼方程的双流体方法来研究与重联事件相关的空间能量传递，并将双流体能量方程中的功率密度项与标准的基于能量的阻尼，加热和耗散代理进行比较。我们的研究结果表明，电子体流传输热能密度比动能密度更有效。此外，在我们的湍流重联事件中，能量密度转移是由等离子体压缩。这与湍流流片和湍流重联事件一致，但与层流重联不一致。
2022-08-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A Model for Spontaneous Onset of Fast Magnetic Reconnection
我们提出了一个弱碰撞等离子体（如日冕）中快速磁重联自发发生的模型。当一个宏观宽度的电流层发生碰撞（Sweet-Parker）重联时，在X线周围会形成一个狭窄的耗散区。在重联过程中，随着更强的磁场朝向X线对流，该耗散区域自然变得更窄。当耗散区变得比离子趋肤深度更薄时，电阻性磁流体动力学由于霍尔效应变得重要而失效，并且Sweet-Parker解不再存在。向无碰撞（霍尔）重联的过渡使重联率在很短的时间内增加了许多数量级。该模型的预测结果与太阳耀斑观测的约束条件相一致。
2006-03-31 physics.plasm-ph physics.space-ph
How Anomalous Resistivity Accelerates Magnetic Reconnection
湍流诱导的反常电阻率（AR）是否能促进无碰撞等离子体中的快速磁重联是几十年来争论的一个主题。最近的空间观测表明，重联率可能高于霍尔重联率，并且需要湍流耗散。在本文中，使用粒子模拟，我们提出了一个案例研究如何AR产生的布尼曼不稳定性加速磁重联。我们首先证明了薄电子流层中Buneman不稳定性产生的AR/阻力1）通过耗散电子束的动能耗散存储在电流层中的磁能; 2）由波耦合引起的非均匀阻力自发地破坏磁场，引起电子尺度上的脉冲快速非霍尔磁重联，平均速率达到0.6 $V_A$ .然后，我们表明，在三维磁重联的x-点周围的强电子束驱动的布尼曼不稳定性显着增强的磁能耗散。电子尺度的磁重联由x线周围的不均匀阻力驱动，增强了重联电场和面内垂直磁场。大约40%的释放的磁能被AR转换成电子热能，而50%的释放的磁能通过重联电场的加速转换成电子束的动能。增强的磁能量耗散由净坡印亭通量流入平衡。大约10%的释放的磁能是通过增强的坡印廷磁通流出而带出的。这些结果表明，具有足够强度和电子尺度不均匀性的AR可以显着加速磁重联。
2017-08-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Statistical properties of magnetic structures and energy dissipation during turbulent reconnection in the Earth's magnetotail
我们提出了第一个统计研究的磁结构和相关的能量耗散在一个单一的湍流磁重联期间观察到的，通过使用\textit{in-situ}测量的磁层多尺度任务在地球的磁尾2017年7月26日。通过识别磁场中的双极特征来选择结构，并通过检查电流密度和等离子体流动的自动算法将其分类为等离子体团或电流片。等离子体团的大小形成从亚电子到离子尺度的衰减指数分布。大量的电流片的存在是一致的物理图片的动态生产和合并的等离子体团在湍流重联。磁结构是经由平行于局部磁场的电场的显著能量耗散的位置，而经由垂直电场的耗散在结构外部占主导地位。大量的能量也从粒子返回到场。
2020-09-23 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic-Scale Topological Structures Associated with Energy Dissipation in the Turbulent Reconnection Outflow
本文利用 MMS 任务高分辨率数据，应用局部流线拓扑分类方法研究地球磁尾湍流重联出流中动力学尺度磁场拓扑结构，发现 O 型拓扑结构在能量耗散中起更重要作用。
2023-11-25 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Some remarks on the diffusion regions in magnetic reconnection
本文用理论和Vlasov模拟方法研究了反平行磁重联中扩散区的结构。磁扩散被认为是对冻结状态的弛豫，这取决于参考速度场。一个场对齐的组件的冻结条件提出了评估的扩散过程。相对于离子和电子体流的扩散签名表示重连站点附近的离子和电子扩散区域。电子扩散区类似于能量耗散区。这些结果是有利的，以前的预期，电子尺度的耗散区域被包围的离子尺度的霍尔物理区域。
2014-03-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Ion heating and magnetic flux pile-up in a magnetic reconnection experiment with super-Alfvenic plasma inflows
这项工作提出了一个磁重联实验中的动力学，磁和热性能的等离子体中的每一个发挥了重要的作用，在整体的能量平衡和结构所产生的重联层。磁重联发生在超Alfvenic，磁化，铝等离子体的连续和稳定的流的相互作用，碰撞在一个几何形状与二维对称，产生一个稳定和持久的重联层。光学汤姆逊散射测量表明，当层形成时，层内的离子比电子更强烈地被加热，达到Ti~ZTe>300 eV的温度-比单独从强冲击和粘性加热所预期的要高得多。稍后，随着层中的等离子体密度增加，发现电子和离子温度平衡，并且通过等离子体的加热机制和辐射损失的平衡来实现恒定的等离子体温度。从法拉第旋转偏振测量也表明存在显着的磁场堆积发生在边界处的重联区域，这是一致的超阿尔芬速度的流入。
2018-02-27 physics.plasm-ph
An observationally-constrained model of strong magnetic reconnection in the solar chromosphere. Atmospheric stratification and estimates of heating rates
光球磁场的演化对能量向色球层和日冕的传输起着关键作用。在活动区域中，新出现的磁通量与先前存在的磁场相互作用，这可以导致将磁能转换为热能的重联事件。我们的目标是研究由磁通量抵消触发的强重联事件所引起的加热。我们使用成像光谱偏振数据的Fe I 6301 A，Fe I 6302 A，钙II 8542 A和钙II K获得的CRISP和CHROMIS仪器在瑞典1米太阳望远镜。使用STIC代码使用多原子、多线非LTE反演来反演该数据。反演产生了一个三维模型的重连事件和周围的大气，包括温度，速度，微湍流，磁文件配置，和辐射损失率。大气模型显示，出现了一个预先存在的主要单极场的大小为几个弧秒的磁回路。在重联区预计，我们看到的色球温度增加约2000 K，以及双向流动的顺序为10公里秒$^{-1}$从该地区发出。我们看到Ca II K中直径约为0.2角秒的明亮斑点以100 km s $^{-1}$量级的天平面速度和100 km s $^{-1}$的蓝移速度移动，我们将其解释为从同一区域喷出的等离子体团。这一证据与重连的理论模型是一致的，因此我们得出结论，重连正在发生。在我们的推断模型中的重联网站的色球辐射损失高达160千瓦米$^{-2}$，提供了定量的约束理论模型，旨在模拟重联所造成的通量出现在色球。
2021-02-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron and ion heating characteristics during magnetic reconnection in MAST
利用130通道YAG-TS系统和32弦离子多普勒层析成像诊断仪首次揭示了MAST球形托卡马克并合重联启动过程中的局部电子和离子加热特性。$T_e$、$n_e$和$T_i$的2D局部轮廓测量检测X点处的高度局部化电子加热和下游的体离子加热。对于高导场条件下的推并合实验，重连场形成的厚层闭合通量面维持了电子和离子能量弛豫时间大于$τ^E_{ei}\sim4-10$ ms的加热剖面，两种加热剖面最终在X点和下游形成三峰结构。环形引导场对X点处峰值电子加热轮廓的形成贡献最大。局部加热随着更高的引导场而增加，而在MAST条件下（$B_t>3B_{rec}$），大量下游离子加热不受引导场变化的影响。
2015-05-11 physics.plasm-ph
Factors Controlling the Statistics of Magnetic Reconnection in MHD Turbulence
University of Delaware（特拉华大学）；University of Waikato（怀卡托大学）；University of Hawaii at Manoa（夏威夷大学马诺阿分校）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究揭示了磁流体动力学湍流中磁重联统计特性与全球湍流磁场的关系，发现重联率分布与湍流磁场幅度存在强相关性，表明磁重联在能量耗散中起重要作用。
2025-12-31 physics.plasm-ph physics.space-ph
Scaling of electron heating by magnetization during reconnection and applications to dipolarization fronts and super-hot solar flares
电子环速度空间分布先前已经在磁重联排气的数值模拟中看到，并且已经被认为是由压缩重联磁场对电子流出射流的磁化引起的[Shuster等人，${\it Geophys.~Res.~Lett.}, {\bf 41}$，5389（2014）]。我们提出了一个理论的主要和次要半径的环分布的依赖性仅在上游（波瓣）等离子体条件，从而允许预测的相关温度和温度各向异性的环上游参数。我们使用2.5维粒子在细胞（PIC）模拟不同的上游等离子体密度和温度的预测的有效性进行测试，发现预测值和模拟值之间的良好协议。我们证实了Shuster等人关于环形分布原因的建议，并且还发现环形分布位于重连磁场剖面中以平台或肩部为标志的区域中。温度的预测与观测到的电子温度在偶极锋是一致的，并可能提供一个解释的产生等离子体的温度在10秒MK的超热太阳耀斑。一个可能的扩展模型昼面重联进行了讨论。由于环分布是已知的激发哨声波，目前的结果应该是有用的量化的哨声波的产生在重联排气。
2022-08-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron and proton heating in trans-relativistic magnetic reconnection
热的无碰撞吸积流，如银河系中心的Sgr A $^{*}$中的吸积流，为磁重联的研究提供了独特的环境。在这里，质子是非相对论的，而电子可以是超相对论的。通过二维粒子模拟，我们研究了反相对论重联（即，$σ_w\sim 0.1-1$，其中磁化强度$σ_w$是磁能密度与焓密度的比率）。对于电子和质子，我们发现在高$β_{\rm i}$（这里，$β_{\rm i}$是质子热压力与磁压力的比值）下的加热主要是绝热压缩（“绝热加热”），而在低$β_{\rm i}$下，它伴随着熵的真正增加（“不可逆加热”）。对于我们的基准$σ_w=0.1$，在$β_{\rm i}\lesssim 1$的不可逆加热效率几乎与电子-质子温度比$T_{\rm e}/T_{\rm i}$无关（我们从$0.1$变化到$1$），并且在低$β_{\rm i}$极限下，它渐近于流入磁能的$\sim 2\%$。在低和中等$β_{\rm i}$下，质子比电子更有效地被加热（通过$\sim7$的因子），而如果是$T_{\rm e}/T_{\rm i}=1$，则电子和质子的加热效率在$β_{\rm i}\sim 2$下变得相当，此时两种物质开始时已经相对热。我们发现这两个物种之间的比较加热效率也在相对论重联（$σ_w\gtrsim 1$）的限制。我们的研究结果对无碰撞吸积流的双温性质具有重要意义，并可能提供广义相对论MHD模拟所需的亚网…
2017-10-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Influence of the dissipation mechanism on collisionless magnetic reconnection in symmetric and asymmetric current layers
实施不同版本的无碰撞欧姆定律的数值研究表明，只要霍尔效应起作用，重连率对X线处发生的非理想机制的性质不敏感。因此，耗散机制发生在附近的重联网站在无碰撞系统通常被认为没有动力学的作用超出违反冻结条件。然而，最近的研究的解释导致了相反的结论，电子尺度耗散过程中发挥了重要的动力学作用，防止电子层的伸长节流重联率。这部作品以新的方式重新审视了这一主题。而不是集中在广泛研究的对称配置，我们的目标是调查的宏观性质的无碰撞重联的耗散物理在非对称配置，霍尔物理的效果是大大修改的影响。因为它包括所有的物理尺度的先验重要的碰撞重联（霍尔和离子动力学物理），也因为它允许一个改变的性质的非理想电子尺度的物理，我们使用一个2D混合模型。数值，电阻和超阻耗散的影响进行了研究。在第一部分中，我们进行模拟的对称重联与不同的非理想电子物理。我们表明，该模型捕捉到了已知的无碰撞重联的属性。在第二部分中，我们专注于一个不对称的配置，其中的磁场强度和密度都是不对称的。我们的结果表明，与对称重联相反，非对称模型的演化强烈依赖于破坏场线连通性的机制的性质
2013-03-03 physics.plasm-ph
Observations of Magnetic Reconnection in the Transition Region of Quasi-Parallel Shocks
利用磁层多尺度任务对地球弓形激波的观测，我们首次表明，在嵌入准平行激波的过渡层内的电流片处发生了主动磁重联。我们观察到一个电子射流和加热，但没有离子响应，这表明我们已经观察到一个电子只有模式。离子响应的缺乏与显示子离子时间尺度上的重连开始的模拟一致。我们还讨论了电子加热的冲击通过重联的影响。
2019-01-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
The Role of Magnetic Helicity in Coronal Heating
太阳物理学最大的挑战之一是了解太阳日冕的加热。大多数日冕加热的理论假设，自由能以磁扭曲/应力的形式被光球注入日冕，在那里自由能通过重联或波耗散转化为热量。然而，与扭曲/应力相关的磁螺旋度预计将被保存并出现在日冕中。在以前的工作中，我们表明，螺旋度与小规模的扭曲经历了一个反向级联通过随机重联在日冕中，并最终作为观察到的大规模剪切的细丝通道。我们的“螺旋度凝聚”模型既解释了暗条通道的形成，也解释了观测到的日冕环的光滑层状结构。在本文中，我们证明，使用螺旋度和能量守恒的数值模拟的光球运动驱动的日冕系统，该模型还提供了一个自然的机制加热日冕。我们表明，负责螺旋度凝结过程的重联所产生的热量足以解释所观察到的日冕加热。我们研究了螺旋度注入在确定日冕加热中的作用，并发现，至关重要的是，加热速率仅弱依赖于光球驱动的净螺旋度偏好。我们的计算表明，螺旋度为100%的运动对日冕的加热效率最低，螺旋度为0的运动对日冕的加热效率最高。我们讨论了这一结果的物理起源及其对观测到的日冕的影响。
2019-09-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Localized Oscillatory Dissipation in Magnetopause Reconnection
来自美国航天局磁层多尺度飞行任务的数据被用来研究地球磁层和太阳风（磁层顶）之间昼侧边界处的非对称磁重联。等离子体、电场和磁场以及波的高分辨率测量用于识别具有大电场振幅（高达100 mV/m）的高度局部化（~15电子德拜长度）驻波结构。这些波结构与空间振荡耗散相关联，其表现为J·E（耗散）的交替正值和负值。对于小的引导磁场，波动结构发生在EDR磁层边缘的电子停滞区。对于较大的引导场，结构也发生在重联x线附近。这种差异是解释在渠道的平面外电流（agyrotropic电子在驻点和引导场对齐的电子在x线）。
2017-12-14 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
A Magnetic Reconnection model for Hot Explosions in the Cool Atmosphere of the Sun
紫外线爆发和埃勒曼弹是在新兴通量区域的低太阳大气中观察到的短暂增亮。观测发现了同时空的EB和紫外暴，但其形成机制尚不清楚。这些事件中具有大温度跨度的多热成分挑战了我们对太阳低层大气中磁重联和加热机制的理解。我们研究了出现的和背景磁场之间的磁重联。初始等离子体参数基于C7大气模型。当光球层等离子体密度较大的电流片出现在距太阳表面$0.5$ Mm处时，等离子体团不稳定性开始出现。等离子体团相互碰撞并聚，使得不同密度和温度的等离子体在湍流重联区混杂在一起。因此，对应于UV发射的热等离子体和对应于来自其他波长的发射的较冷等离子体可以一起移动并且在大约相同的高度处发生。与此同时，热湍流结构基本上集中在$0.4$ Mm以上，而冷等离子体延伸到电流片底部的低得多的高度。这些现象与Chen et al. 2019，ApJL.合成的Si IV谱线轮廓与紫外暴中观测到的相似，谱线轮廓的增强翼可扩展到约$100$ km s $^{-1}$。不同分辨率的数值结果之间的差异是显着的，这表明，现实的磁扩散率是至关重要的，以揭示精细结构和现实的等离子体加热在这些重联事件。我们的结果还表明，在温度最低区附近的低色球层中，由双极扩散贡献的重联加热是无效的。
2020-11-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Intermittent Dissipation and Local Heating in the Solar Wind
利用ACE航天器的测量数据，获得了磁流体动力学（MHD）湍流动态产生的电流片附近行星际等离子体不均匀加热的证据。这些相干结构只占数据的19%，但贡献了总等离子体内能的50%。间歇性加热表现为电流片附近质子温度的升高，导致区域加热和温度升高持续数小时。发现非高斯结构的数密度与平均质子温度和太阳风速度成正比。这些结果表明，磁流体湍流驱动间歇性耗散通过层次的相干结构，这共同可能是一个重要的来源，日冕和太阳风加热。
2012-03-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Extension of the Electron Dissipation Region in Collisionless Hall MHD Reconnection
本文提出了Sweet-Parker型标度参数的背景下，超阻霍尔磁流体动力学（MHD）。预测的稳态标度与Chacón等人[PRL 99，235001（2007）]发现的标度一致，尽管与该研究一样，未预测电子耗散区\emph{length}。数值实验证实，尖点状和适度更扩展的几何形状是可实现的。然而，重要的是，电子耗散区的长度，这是作为一个参数，最近的几项研究，被发现明确地依赖于超电阻率的水平。此外，尽管超电阻率可以产生更扩展的电子耗散区域，但是对于这里考虑的最大超电阻率值，该区域的长度仍然小于一个离子趋肤深度。这些电子耗散区显着短于那些在最近的动力学研究中看到的。电子耗散区的长度被发现依赖于电子惯性以及，缩放像$(m_e/m_i)^{3/8}$。然而，该区域的厚度看起来类似地成比例，使得纵横比最多非常弱地依赖于$(m_e/m_i)$。标度理论不能预测电子耗散区的长度的局限性被强调。
2009-09-16 physics.plasm-ph physics.space-ph
