Three-Dimensional X-line Spreading in Asymmetric Magnetic Reconnection
利用大规模三维粒子模拟方法研究了强引导场下X线在非对称磁重联中的传播。用厚的离子尺度平衡电流片（CS）进行的模拟表明，X线在环境离子/电子漂移速度下扩展，明显低于基于引导场$V_{Ag}$的阿尔文速度。使用更薄的亚离子尺度CS进行的其他模拟表明，X线在$V_{Ag}$（Alfvénic扩展）处扩展，远高于周围物质的漂移。与动力学Alfvén波一致的Alfvénic信号发展和传播，导致CS变薄和延伸，然后导致重连开始。在信号传播方向上的连续重连开始表现为Alfvénic X线扩展。扩展速度对CS厚度的强烈依赖性和X线取向与无碰撞撕裂不稳定性是一致的。我们的模拟表明，当无碰撞撕裂生长足够强，在一个较薄的CS，$γ/Ω_{ci}\gtrsim\mathcal{O}(1)$，Alfvénic X线扩展可以发生。我们的结果与一些数值模拟和最近的磁层顶观测结果相比，毫不逊色。一个关键的影响是，磁层顶CS通常太厚，无法有效地进行阿尔夫维尼克X线扩展。
2019-07-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
First direct observation of a torsional Alfvén oscillation at coronal heights
扭转阿尔文波是太阳大气不同层之间能量传输的有希望的候选者，并且已经在理论上预测了几十年。然而，到目前为止，以前对阿尔文波的探测大多依赖于间接特征。我们提出了一个完全解决扭转阿尔文振荡的大尺度结构发生在日冕高度的第一个直接观测证据。我们分析了IRIS成像和光谱观测的浪涌活动区日珥线程和周围的磁力线之间的磁重联。IRIS光谱数据提供了清晰的证据，表明在浪涌通量管的相对边缘处的振荡特征之间存在180°相位差的视线速度振荡。这与跨通量管的Si IV和Mg II k光谱中的交替倾斜以及由浪涌材料的各个螺纹追踪的轨迹一起提供通量管的扭转振荡的明确证据。我们的观测表明，磁重联导致大尺度扭转阿尔芬波的产生。
2019-12-09 astro-ph.SR
Science Objective: Understanding Energy Transport by Alfvénic Waves in Solar Flares
太阳耀斑是由日冕重联事件释放的磁能驱动的，随后能量被输送到色球层，加热等离子体并引起特征辐射损失。在碰撞厚靶模型中，加速到能量超过10 keV的电子穿过日冕并撞击色球层，在那里它们通过与低层大气中密度更大的等离子体碰撞来沉积能量。虽然在耀斑中无疑有高能非热电子加速，但尚不清楚这些电子束是否是能量传输的唯一机制，或者它们是否只在耀斑演化的某些阶段占主导地位。Alfvénic波是在磁场线的重联后弛豫过程中产生的，因此研究它们在能量输运中的作用很重要。
2017-02-06 astro-ph.SR
Alfvén Waves in Solar Flares
本文综述了太阳耀斑中阿尔芬波的光谱观测证据、磁重联激发机制及能量输运模型，揭示其在耀斑加热和动力学中的关键作用。
2023-11-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Onset of 2D magnetic reconnection in the solar photosphere, chromosphere and corona
我们调查的发病2D的时间依赖性磁重联，触发使用外部速度驱动器位于远离，垂直于，平衡哈里斯电流片。以前的研究通常利用内部触发来启动重连，例如以电流片为中心的初始条件。为了研究太阳不同大气层（即日冕层、色球层和光球层）内的重联起始，进行了求解可压缩、电阻性磁流体力学方程的数值模拟。一个重新连接的状态达到所有考虑的大气高度，与占主导地位的物理高度依赖于大气条件。冠状病例在一系列速度驱动器下实现了电场的急剧上升。对于色球层，我们发现一个较大的速度振幅是需要触发重联。对于光球环境，电场是高度依赖于流入速度;急剧增加的电场获得只有当进入重联区的速度接近阿尔芬速度。此外，双极扩散的作用进行了研究的色球的情况下，我们发现，双极扩散改变了流入区域的电流密度的结构。通量进入重联区的速率由流入速度控制。这决定了重联启动过程的各个方面，即在所有大气层中，重联的早期开始由欧姆定律中的平流项控制。较低的等离子体- $β$增强了重联并在电场中产生了较大的变化。一个高的等离子体- $β$阻碍了重联，产生急剧上升的电场只有当流入重联区域的速度接近当地阿尔芬速度。
2017-11-02 astro-ph.SR
Parker Solar Probe In-Situ Observations of Magnetic Reconnection Exhausts During Encounter 1
电流片中的磁重联将磁能转化为粒子能。这一过程可能对太阳附近的太阳风的加速和加热起着重要作用。帕克太阳探测器的观测为研究这个问题提供了一个新的机会，因为它在前所未有的近距离测量太阳的太阳风。在第一次轨道运行期间，PSP在35.7太阳半径处遇到了大量的通过近日点的太阳风电流片。我们对这些电流表进行了全面的调查，发现了21个重联排气的证据。这些排气在日光层电流片、日冕物质抛射和规则的太阳风中被观测到。然而，我们发现，在近日点附近遇到的大多数电流片，那里的磁场最强，等离子体β最低，是与爆发性径向喷流相关的Alfvénic结构，这些电流片似乎没有发生局部重联。我们研究了电流片周围的条件，以解决为什么一些电流片重新连接，而另一些没有。一个关键的区别似乎是跨电流片的等离子体速度剪切的程度：21次重联排气的中位速度剪切是阿尔夫文速度剪切的24%，而检查的43个阿尔夫文电流片的中位剪切是阿尔夫文速度剪切的71%。这一发现可能表明，大的，尽管是亚阿尔夫文的，速度剪切抑制重联。另一种解释是，阿尔夫维尼克电流片是孤立的旋转间断，不会发生局部重联。
2020-01-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Disruption of sheetlike structures in Alfvénic turbulence by magnetic reconnection
我们提出了一种机制，即强烈的，片状结构自然形成的动态对齐Alfvénic湍流被破坏的磁重联的规模$\hatλ_{\rm D}$，大于耗散规模预测的间歇性，动态对齐的湍流模型。重连过程分几个阶段进行：首先，具有$N$磁性岛的线性撕裂模式生长并饱和，然后这些岛之间的$X$点塌陷成次级电流片，然后重新连接，直到原始结构被破坏。这有效地对垂直平面内的结构的各向异性施加了上限，这意味着在尺度$\hatλ_{\rm D}$下湍流动力学改变：在大于$\hatλ_{\rm D}$的尺度上，湍流表现出尺度依赖的动态排列和近似等于$-3/2$的谱指数，而在小于$\hatλ_{\rm D}$的尺度上，湍流结构由于重连而经历连续的破裂，限制动态对准、使有效谱指数变陡以及改变最终耗散尺度。与伦德奎斯特（磁雷诺）数$S_{L_\perp}$的$\hatλ_{\rm D}$的缩放取决于统计的顺序被认为是，并在特定的模型的不稳定性，在能量谱的两个制度之间的过渡预测约为$\hatλ_{\rm D} \sim S_{L_\perp}^{-0.6}$。低于$\hatλ_{\rm D}$的光谱指数介于$-5/3$和$-2.3$之间。最终耗散尺度为$\hatλ_{η,\infty}\sim S_{L_\perp}^{-3/4}$，与不涉及尺度相关动态校准的湍流理论中出现的柯尔莫哥洛夫尺度相同。
2017-07-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection-Driven Magnetohydrodynamic Turbulence in a Simulated Coronal-Hole Jet
极端紫外线和X射线喷流经常出现在太阳的磁开放冕洞中，特别是在太阳高纬度地区。当这些喷流通过外日冕向内日球层传播时，白光日冕仪可以观测到其中的一些喷流，有人提出，它们会引起在太阳风中原位检测到的微流和扭转阿尔文波。为了预测和理解冠孔射流的签名，我们已经进行了详细的统计分析，这样的射流模拟自适应细化磁流体动力学模型。结果证实了三维的，reconnectiondriven磁湍流的模拟的产生和持久性。我们计算了喷流内磁涨落的空间相关性，发现它们与Müller - Biskamp标度模型吻合得最好，该模型包括通过流体动力学湍流级联耦合的各种大小的间歇电流片。磁涨落的各向异性和电流片的空间取向与非线性阿尔文波的集合一致。这些性质也反映了由重连磁场的几何形状所施加的总体准直射流结构。与湍流观测的比较表明，射流尾流中的湍流与快速太阳风中的湍流在数量上是一致的。
2016-07-13 astro-ph.SR
Signatures of magnetic reconnection at boundaries of interplanetary small-scale magnetic flux ropes
行星际小尺度磁通量绳与环境太阳风中磁场的相互作用是理解日球层磁结构演化的重要课题。通过对1995 ~ 2005年125条小通量绳的观测，发现其中44条具有明显的阿尔芬涨落特征，因此将其归类为阿尔芬波列而非通量绳。磁重联的特征，通常包括一个等离子体射流的约30公里/秒的磁场旋转区域内，是清楚地存在于约42%的通量绳和14%的波列的边界。重联排气经常被观察到显示质子温度、密度和等离子体β的局部增加。约66%的磁绳边界重联事件与大于90 °的磁场剪切角有关，其中73%的重联事件显示磁场大小减小20%或更多，表明磁绳边界反平行重联占主导地位。对1995 - 2005年磁绳边界磁重联的发生率进行了研究，发现磁绳边界的磁重联在太阳活动极大期附近相对较低，而在接近太阳活动极小期时则相对较高。磁绳边界重联事件的平均磁场压低和剪切角也揭示了类似的趋势，从1995年到2005年。我们的研究结果表明，第一次，边界的一个相当大的比例小尺度通量绳具有类似的磁云的属性，在这个意义上说，他们都表现出磁重联的签名。观测到的重联信号可能与小通量绳的形成有关，也可能与通量绳与行星际磁场之间的相互作用有关。
2010-07-14 astro-ph.SR
Reconnection-Driven Coronal-Hole Jets with Gravity and Solar Wind
冕洞喷流普遍存在于太阳冕洞中，在极紫外线和X射线亮点处，与少数磁极性的侵入有关。这些喷流的嵌入偶极模型假设它们是由嵌入偶极的应力闭合场与周围冕洞的开放场之间的爆炸性、快速重联驱动的。以前的数值研究在笛卡尔几何，假设均匀的环境磁场和等离子体，而忽略重力和太阳风，表明该模型是强大的，可以产生类似喷流的事件在简单的配置。我们扩展了这些调查，包括球面几何，重力，和太阳风在一个不均匀的，冕洞般的环境大气。我们的模拟证实，射流是由一个扭结状的不稳定性的内部封闭的字段，这会导致一个突发的封闭和外部开放的字段之间的重新连接，发射螺旋射流的发病。我们的新结果表明，射流传播是持续通过外电晕，在一个旅行的非线性阿尔芬波前的形式落后于缓慢移动的等离子体密度增强被压缩和加速的波。这一发现与白光冕洞喷流的观测结果一致，并可以解释在太阳风中原位检测到的微流和扭转阿尔芬波。我们还使用我们的数值结果来推导出的日冕源区域的属性和所产生的喷流，这可以对观测测试的特性之间的标度关系。
2016-06-29 astro-ph.SR
Clustering Wind data at 1 AU to contextualize magnetic reconnection in the solar wind
研究利用SOM和K-Means对1 AU处Wind航天器太阳风数据进行聚类，发现磁重联事件分布在五种物理特征不同的太阳风中，为理解其发生条件提供了背景。
2025-08-07 astro-ph.SR
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
Bidirectional outflows as evidence of magnetic reconnection leading to a solar microflare
磁重联是一种快速的能量释放过程，被认为是太阳和恒星耀斑的原因。然而，这种与耀斑相关的重联大多发生在日冕中，而关于色球层或光球层中重联的研究很少。在这里，我们提出的光谱和成像观测的磁重联在色球导致微耀斑。在耀斑高峰期，色球谱线在耀斑两侧显示出明显的蓝移/红移分量，对应于速度为$\pm$（70- 80）km s $^{-1}$的上升流和下降流，与色球重联所预期的当地阿尔文速度相当。三维非线性无力场的配置进一步揭示了扭曲的磁力线（磁通绳）在低海拔，共空间与黑暗的线程在He I 10830的图像。磁绳的不稳定性可能引发耀斑相关的重联。这些观测结果提供了色球层磁重联的明确证据，并显示了微耀斑与大耀斑相似的机制。
2016-03-03 astro-ph.SR
The near-Sun Heliospheric Current Sheet, fluid and kinetic properties
Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, CNES, CNRS（天体物理学与行星学研究所以及法国国家研究中心、法国国家空间研究中心）；The Blackett Laboratory, Department of Physics, Imperial College（帝国理工学院物理学院布莱克特实验室）；Space Sciences Laboratory, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校太空科学实验室）；School of Engineering, Physics and Mathematics, Northumbria University（诺森比亚大学工程、物理与数学学院）；National Institute for Astrophysics (INAF)—Institute for Space Astrophysics and Planetology (IAPS)（意大利国家天体物理研究所（INAF）——空间天体物理学与行星学研究所（IAPS））
帕克太阳探测器研究日球层电流片的近日特性，发现磁重联喷射、湍流增强及镜模不稳定性在高β等离子体环境中的作用。
2025-12-02 astro-ph.SR
The first in-situ observation of torsional Alfven waves during the interaction of large-scale magnetic clouds
日冕物质抛射（CMEs）等大尺度磁云是空间天气的基本驱动力。行星际空间中多个日冕物质抛射的相互作用影响着它们的动力学演化和地球效应。复杂和合并的多个磁云出现作为相互作用的日冕物质抛射的现场签名。Alfven波被推测为在相互作用期间的主要可能的能量交换/耗散机制之一。然而，在文献中没有发现这样的观察证据。CME-CME碰撞事件的个例研究表明，CME的磁能和热能转化为动能。此外，磁重联过程是合理的负责合并的多个磁云。在这里，我们提出了明确的证据，向阳扭转阿尔芬波的相互作用区域后，多个日冕物质抛射的超弹性碰撞。Walen关系被用来确认阿尔芬波在多个CME/磁云的相互作用区域的存在。我们认为阿尔芬波和磁重联是大尺度磁云碰撞过程中可能的能量交换/耗散机制。本研究不仅对日冕物质抛射与磁层的相互作用，而且对可能存在大尺度磁云相互作用的星际介质也具有重要意义。
2018-10-14 astro-ph.SR physics.space-ph
Petschek-type reconnection in the high-Lundquist-number regime during nonlinear evolution on the tilt instability
利用最近开发的自适应有限元磁流体动力学（MHD）程序研究了在高Lundquist数（$S$）区域中由等离子体链形成支持的快速磁重联过程。我们采用一个二维不可压缩模型与一组约化的粘阻MHD方程。选择倾斜不稳定性设置以提供三步机制，其中两个弯曲的电流片最初在Alfvénic时间尺度上形成，然后是$S \ge S_c$等离子体团链的超Alfvénic生长的第二阶段（Baty 2020）。第三阶段达到一个随后的随机依赖于时间的重联制度与快速的时间平均速率独立的$S$获得。我们揭示了多尺度电流结构在磁重联，合并事件的等离子体团产生怪物等离子体团与冲击边界的流出区域。在足够高的$S$值（通常为$S \sim 100 S_c$），一个动态的Petschek型重联是实现了从一个小的中心区域包含几个等离子体团发出的慢模式的冲击对。最后，我们简要地讨论了我们的结果的相关性，解释耀斑活动在太阳日冕和托卡马克的内部中断。
2020-05-08 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-th
Possible Generation Mechanism for Compressional Alfvénic Spikes as Observed by Parker Solar Probe
帕克太阳探测器（PSP）发现太阳风中有大量的阿尔夫文速度尖峰和磁场扭结。温度升高是与Alfvénic尖峰相关的另一个显著特征。这些重合现象的原型是如何在源区间歇性地产生的，成为人们广泛关注的热点问题。本文提出了一个新的模型，在不同磁螺旋度的开漏斗和闭环之间的交换磁重联中引入导场不连续性。改进的交换重联模型不仅可以加速新打开的闭合回路中的喷流，而且可以沿着新重联和重联后的开放通量管激发和发射Alfvénic波脉冲。结果表明：（1）Alfvén扰动在时间上具有脉冲性，在空间上具有非对称性;（2）Alfvénic脉冲具有可压缩性，且具有温度增强和密度变化的特征。我们指出，与阿尔文波传播同时发生的三个物理过程可能是导致温度增强的原因：（a）加热射流等离子体的对流（密度降低），（b）压缩慢模波的传播（密度增加），以及（c）热通量的传导（密度的微弱变化）。我们还建议，阿尔夫文脉冲的径向非线性演化应考虑到解释磁之字形的形成。
2021-05-20 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Transition of Magnetic Reconnection Regimes in Partially Ionized Plasmas
Boston University（波士顿大学）；Institute for Advanced Study, Princeton（普林斯顿高等研究院）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；National Aeronautics and Space Administration Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Princeton University（普林斯顿大学）；University Corporation for Atmospheric Research（大气研究大学协会）
本研究通过三流体五时刻模型，系统探索了部分电离等离子体中磁重联模式的转变，揭示了强耦合到快速解耦重联的过渡机制及关键参数影响。
2026-08-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Reflection of fast magnetosonic waves near magnetic reconnection region
日冕中的磁重联被认为对多个相互作用的等离子体团的形成是不稳定的，先前的研究表明等离子体团动力学可以触发不同模式的MHD波从重联点向外传播。然而，在日冕重联点附近的等离子体参数和磁场强度的变化可能会导致波的反射和模式转换。本文研究了快磁声波在重联点附近的反射和折射。在一个合理的假设下，解析指定的阿尔文速度分布，我们推导和解析求解全波方程的非均匀背景等离子体中的快模波的传播没有求助于小波长近似。我们表明，波进行反射附近的重联电流片由于阿尔文速度梯度和反射有效地依赖于等离子体- $β$参数以及波的频率。特别是，我们发现，波更有效地反射附近的重联网站在一个低的$β$等离子体，这是典型的太阳日冕条件。此外，对于低频波，反射较大，而高频波从重联区域向外传播，几乎没有反射。我们讨论了有效波反射附近的磁重联网站在强磁化日冕等离子体粒子加速的影响，这也可能对第一电离势（FIP）分馏的有质动力，这些波在色球。
2018-03-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar chromosphere heating and generation of plasma outflows by impulsively generated two fluid Alfven waves
上下文我们解决太阳色球层的加热和相关的等离子体流入和流出的产生。目的。我们试图检测离子温度和垂直等离子体流的变化，这是由脉冲激发双流体阿尔文波驱动。我们的目标是调查这些波的太阳色球加热和等离子体外流的可能贡献。方法.我们使用JOANNA程序对Alfvén波的产生和演化进行了数值模拟，JOANNA程序求解了离子+电子和中性粒子的双流体方程，并通过碰撞项耦合。结果我们确认，脉冲产生的小振幅阿尔文波的阻尼轻微影响色球的温度，并产生缓慢的等离子体流。相比之下，由大振幅脉冲产生的阿尔文波更显著地增加色球等离子体温度，并导致更快的等离子体流出。最大加热发生在脉冲从中心光球发射时，并且相关等离子体流的幅度随着脉冲的幅度而增长。结论.大振幅双流体阿尔文波对太阳色球层的加热和等离子体外流的产生有重要贡献。
2021-07-26 astro-ph.SR
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
The standard flare model in three dimensions III. Slip-running reconnection properties
爆发耀斑的标准模型旨在描述观测到的重联日冕磁场的三维特征。扩展到2D模型需要在物理上理解的3D重联过程的起源的磁配置的演变。然而，没有零点和分界线的三维重联的性质还需要进一步分析。我们专注于磁重联的增长和发展的磁通绳和相关的耀斑环在爆发耀斑。我们的目的是了解三维重联在准分界线层（QSL）的存在下，QSL属性是如何相关的滑移运行重联模式一般，以及如何适用于喷发耀斑的内在特征。在磁流体动力学模拟中，我们研究了与环面不稳定通量绳有关的爆发耀斑的磁力线滑移重联。与磁绳和耀斑环相关的磁力线经历一系列连续的磁重联，导致它们的超阿尔文滑移运动。滑动速度的时间分布和映射范数的空间分布具有很强的相关性。我们发现，运动速度是成比例的映射范数。此外，这种滑动运行的运动变得更快的磁通绳扩大，因为3D电流层向电流片，和QSL向separatrices发展。目前的分析扩展了我们对三维滑移运行重联制度的理解。我们确定了一个控制参数的场线的视速度，而他们的滑动重新连接，使耀斑后循环的演变的解释。通过给出耀斑和喷发的三维特性，完成了耀斑和喷发的标准模型。
2013-05-17 astro-ph.SR
Example of exponentially enhanced magnetic reconnection driven by a spatially-bounded and laminar ideal flow
在实验室和实际感兴趣的自然等离子体中，磁力线失去可重联性的空间尺度$Δ_d$与穿过磁力线的磁重联的尺度$a$有很大不同。在日冕中，等离子体电阻率给出了$a/Δ_d\sim10^{12}$，这是磁共振常数$R_m$。不同尺度悖论的传统解决方案是，与重连场$B_{rec}$相关联的电流密度$j$通过理想演化以$R_m$的因子集中，因此$ j\sim B_{rec}/μ_0Δ_d$。第二个解决方案是当在不同的时间点计算时，对于理想的演变，增加任意选择的磁场线对之间的最大与最小间隔的比率，$Δ_{max}/Δ_{min}$。当$Δ_{max}/Δ_{min}\sim R_m$ .一个简单的太阳日冕模型将用于数值说明，自然增长率的时间是线性的电流密度，但$Δ_{max}/Δ_{min}$的指数。重新连接发生在时间尺度上，并且电流密度仅由$\ln(a/Δ_d)$从理想的演化时间和电流密度$B_{rec}/μ_0a$增强。在这两种分辨率中，一旦足够宽的区域$Δ_r$发生重联，磁场就会失去静力平衡，并在阿尔夫维尼克时间尺度上演化。阿尔夫文演化本质上是理想的，但扩展了$Δ_{max}/Δ_{min}$较大的区域。
2021-05-22 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Multi-fluid simulations of chromospheric magnetic reconnection in a weakly ionized reacting plasma
本文首次对弱电离反应等离子体中色球磁重联进行了自洽多流体模拟。我们模拟了Harris电流片中的二维磁重联，数值模型包括离子-中性散射碰撞、电离、复合、光学薄辐射损耗、碰撞加热和热传导。在由此产生的撕裂模式重联中，中性流体和离子流体从重联位点的上游解耦，在重联区域中产生过量的离子，因此产生电离不平衡。在重联区的离子复合，结合Alfvénic流出，快速地从重联位点移除离子，导致快速重联速率独立于Lundquist数。除了允许快速重联，我们发现，这些非平衡的部分电离效应导致的非线性二次撕裂不稳定性的发病在较低的Lundquist数的值比已经发现在完全电离plasma.These模拟提供的证据表明，磁重联在色球可能是负责喷射状的瞬态现象，如针状和色球射流。
2012-10-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Impact of 3D Structure on Magnetic Reconnection
从2.5D和3D的撕裂不稳定性的发生和发展的研究结果，采用高保真电阻MHD模拟。进行了重连场（或剪切角）强度的有限参数研究。一个最初简单的1D平衡，包括一个修改的无力电流片，在所有方向上的周期性边界条件。在所有情况下，线性和非线性演化导致两个大通量绳之间的初级电流片。在所有模拟中分析了在该后期阶段期间的全局重连率。结果发现，在2.5D中，由于等离子体团，初级电流片碎裂，并且正如预期的那样，使用多种方法计算的全局重连率随着重连场的强度而增加，这是由于更强的阿尔文速度。在3D中，撕裂不稳定性的相互作用的斜模式的存在使简单的2.5D图像复杂化，使流入的磁场纠缠并对重联率产生负面影响。随着重联场强度的增加，更强的阿尔文速度和纠缠这两种竞争效应导致重联率随着重联场的增加而降低。对于所有模拟，3D速率小于2.5D，但表明当进入弱重连场（或强引导场）时，系统变得更像2.5D，并且2.5D和3D速率收敛。这些结果与日冕中的纳米耀斑加热和耀斑电流片等情况有关。
2022-02-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Three-dimensional magnetic reconnection in particle-in-cell simulations of anisotropic plasma turbulence
我们使用3D完全动力学粒子模拟来研究磁重联的发生在各向异性反向传播的低频Alfvén波与临界平衡理论一致的衰减湍流的模拟。我们观察到的小规模的电流密度结构，如电流丝和电流片的形成，以及形成的磁通量绳的湍流级联的一部分。在模拟域中存在的大的磁结构保持初始各向异性，而湍流级联产生的小尺度结构的各向异性较小。为了量化我们的模拟域中重连的发生，我们开发了一套新的指标，基于强度阈值来识别重连事件，其中离子和电子都在3D粒子模拟中被加热和加速。根据这些指标的应用，我们确定了重联事件的发生在模拟域中，并详细分析了这些事件之一。这一事件与两条磁绳的重联有关，相关的离子和电子排气呈现出复杂的三维结构。我们研究了沿着经过重联区域附近和穿过重联区域的人造航天器轨迹记录的等离子体和磁场波动的分布。我们的研究结果表明，在太阳风的各向异性Alfvénic湍流级联产生的磁通量绳内的小尺度重联事件相关的粒子加热和加速的存在。这些事件与电流结构有关，电流结构的大小为几个离子惯性长度。
2021-03-24 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Instabilities and Turbulence in Low-$β$ Guide Field Reconnection Exhausts with Kinetic Riemann Simulations
在低$β$，引导场重联排气中的湍流的作用进行了探讨，在二维重联和二维和三维黎曼模拟。排气和相关湍流的结构由排气边界处的一对旋转不连续性（RD）和由逆流离子束产生的一对慢激波（SS）控制。在2D的排气开发大振幅条纹在离子拉莫尔半径尺度，由电子束驱动的离子回旋波。驱动不稳定性的电子束从其中一个RD注入排气中。然而，在3D黎曼模拟中，额外的维度（在面外方向上）导致RD处的强布尼曼和电子-电子流不稳定性，其抑制电子束形成并因此抑制排气中的条纹。RD处的流动不稳定性的强度由电子热速度与阿尔文速度的比率控制，较低的热速度更不稳定。在3D模拟中，离子-离子流不稳定性用于部分热化SS处的逆流离子束。这种不稳定性受声速与阿尔文速度之比的控制，预计在低$β$日冕中是稳定的。结果表明，在引导场重联排气与$1 \gg β> m_e/m_i$，发展的动力学尺度的湍流将是太弱，在能量转换和粒子加速中发挥重要作用。因此，能量转换将主要由层流物理或多x线重联控制。
2019-10-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Fast magnetic reconnection in three dimensional MHD simulations
给出了三维周期盒中快速磁重联的一个构造性数值例子。重联是由一个强大的，本地化的扰动场线。该解决方案本质上是三维的，其总体属性不依赖于模拟的细节。磁能的$\sim 50%$在持续大约一个阿尔芬时间的事件中释放，但只有在延迟之后，在此期间，场线演变成临界配置。我们提出了一个物理图像的过程。重联区是动态的，相互作用的。在这些区域的共动坐标系中，重联通过类似X的点发生，类似于Petschek重联。这种动态似乎是由全球流动而不是地方进程驱动的。
2010-02-27 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Fast Magnetic Reconnection: "Ideal" Tearing and the Hall Effect
磁重联的主要问题之一是具有开/关特性的触发行为的起源，一旦它被激活，在天体物理和实验室等离子体中爆炸事件的核心，快速磁能转换为动能和热能。在过去的十年里，通过等离子体团不稳定性和所谓的“理想”撕裂，在启动快速重联方面取得了进展，这种撕裂使曾经的电流片薄到临界的反纵横比$(a/L)_c$：如Pucci和Velli（2014）所示，在$(a/L)_c \sim S^{-1/3}$，不稳定性发展的时间尺度变为阿尔文时间的量级，并且与伦德奎斯特数无关（这里根据当前纸张长度$L$来定义）。然而，考虑到自然等离子体中$S$的大值，这种转变可能发生在与离子惯性长度$d_i$相当的内部电阻奇异层的厚度上。当这种情况发生时，霍尔电流产生磁场的三维四极结构，并且由霍尔效应引入的色散波加速了不稳定性。在这里，我们提出了一个线性的研究，显示如何“理想”撕裂模式的临界纵横比被修改时，霍尔效应被考虑在内，包括更一般的缩放法的增长率方面的片反纵横比：临界反纵横比被修改为$a/L \simeq (di/L)^ {0.29} (1/S)^{0.19}$，在这一点上的不稳定增长率成为Alfvénic和不依赖于任何（小）参数$d_i/L, 1/S$。我们讨论了最近开发的磁重联相图的广义触发纵横比的影响。
2017-04-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph
A Computational Model for Ion and Electron Energization during Macroscale Magnetic Reconnection
本研究扩展宏观磁重联模拟模型kglobal，通过在流体动量方程中加入粒子离子惯性使其涵盖离子与电子，并以Alfvén波传播数值测试标定模型，为研究宏观磁重联中粒子同步非热能量化提供工具。
2024-05-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Suppression of collisionless magnetic reconnection in asymmetric current sheets
利用全动力学模拟，我们研究了在反磁漂移速度>>阿尔芬速度和磁剪切角适中的极限下，非对称重联的抑制。我们证明了电子和磁通量之间的滑移有利于重联，甚至可以导致快速重联，缺乏一个流出射流。通过比较的情况下，反磁漂移的温度梯度与同伴的情况下，有一个密度梯度，而不是支持，我们确定了一个强大的抑制机制。由于电流片的不对称性质和由此产生的撕裂模，x线的漂移被局部减慢，然后x线被快速移动的后续通量碾过并吞噬。
2016-02-16 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Flattening of the tokamak current profile by a fast magnetic reconnection with implications for the solar corona
在托卡马克中断期间，观察到净平行电流的轮廓在时间尺度上变平，该时间尺度是如此之快，以至于它必须归因于快速磁重联。在快速磁重联具有破碎的磁表面之后，单个磁场线覆盖整个体积而不仅仅是磁表面。由$K\equivμ_0j_{||}/B$给出的电流分布，通过沿混沌磁场线传播的阿尔文波，在该体积内弛豫为常数。这种弛豫的时间尺度决定了通常观察到的电流尖峰和等离子体内部电感突然下降的中断现象。推导出一种研究这种弛豫的有效方法，该方法可以更好地理解电流尖峰中编码的信息以及与之相关的等离子体内部电感的突然下降。日冕加热的影响进行了讨论。
2020-09-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Formation of Plasmoid Chains in Magnetic Reconnection
本文对电阻性磁流体动力学中磁重联现象进行了详细的数值研究，研究对象是以前无法得到的非常大的伦德奎斯特数（$10^4\le S\le 10^8$）。大纵横比的斯威特-帕克电流片被证明是不稳定的超阿尔文快速形成的等离子体（磁岛）链。等离子体团数按$S^{3/8}$标度，线性阶段的不稳定性增长率按$S^{1/4}$标度，与Loureiro等人的理论一致[Phys. Plasmas { \bf 14}，100703（2007）]。在非线性状态下，等离子体团继续以比它们被喷射的速度更快的速度生长，并完全破坏重连层。这些结果表明，高伦德奎斯特数重联是固有的时间依赖性，因此要求大幅修订标准的斯威特帕克准静态图片$S>10^4$。
2009-03-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The role of three-dimensional transport in driving enhanced electron acceleration during magnetic reconnection
磁重联是许多天体物理现象中高能粒子的重要驱动力。使用动力学粒子在细胞（PIC）模拟，我们探讨了三维重联动力学的粒子加速效率的影响。在二维系统中，Alfvénic流出将高能电子驱逐到通量绳中，在那里它们被捕获并与加速区域断开。然而，在三维系统中，这些通量绳发展出轴向结构，使粒子能够泄漏并返回加速区域。这需要一个有限的引导场，以便粒子可以沿着磁通绳轴快速移动。我们发现，最大的高能电子生产时发生的引导场是相同的顺序作为重连组件：大到足以促进强运输，但没有那么大，以节流占主导地位的费米机制负责有效的电子加速。这表明一个自然的解释信封电子加速在脉冲阶段的爆发耀斑。
2017-06-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic reconnection and stochastic plasmoid chains in high-Lundquist-number plasmas
对大伦德奎斯特数（$S$）下的磁重联进行了数值研究，研究了等离子体团占主导地位的$S$到$10^7$的磁重联. Uzdensky的理论模型{ \it et al.} [Phys. Rev. Lett. { \bf 105}，235002（2010）]进行了确认和部分修订。对于$S\gg10^4$，归一化重连率为独立于$S$的$\normEeff\sim 0.02$。等离子体团通量（$Ψ$）和半宽（$w_x$）分布函数按$f(Ψ)\sim Ψ^{-2}$和$f(w_x)\sim w_x^{-2}$缩放。$Ψ$和$w_x$的联合分布表明，等离子体团填充三角形区域$w_x\gtrsimΨ/B_0$，其中$B_0$是重连场。有人认为，这种功能是由于等离子体团合并。宏观的“怪物”等离子体团与系统的大小$w_x\sim 10$ %显示出现在几个阿尔文时间，独立于$S$，这表明大的破坏性事件是一个不可避免的功能大- $S$重联。
2011-08-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Formation of plasmoid chains and fast magnetic reconnection during nonlinear evolution of the tilt instability
通过二维不可压缩磁流体动力学（MHD）数值模拟，研究了当Lundquist数$S$超过一个临界值（磁普朗特数，$P_m = 1$）时，等离子体团链形成所支持的快速碰撞磁重联机制.最近开发的特征Galerkin有限元代码，FINMHD，这是专门为此目的而设计的，在一个减少粘阻MHD框架，采用。与以前的研究相反，选择了不同的初始设置的两个排斥电流通道，以形成两个准奇异电流层上的Alfvénic时间尺度的倾斜不稳定性的结果。如果是$S < 5 \times 10^3$，则随后的稳态重连过程是通过经典Sweet-Parker模型预测的速率标度为$S^{-1/2}$获得的。否则，发生随机的时间依赖性重连状态，具有独立于$S$的快速时间平均速率，并且具有$0.014$的归一化值。后一种机制是由两条等离子体团链的形成触发的，这些等离子体团链破坏了电流片，并在静止阶段之后突然发生超阿尔夫文生长，这与Comisso等人提出的等离子体团不稳定性的一般理论一致[Phys. Plasmas 23，100702（2016）]。此外，非单调依赖的等离子体团增长率与$S$以下的渐近递减对数律在无限$S$ -极限被证实。我们还密切比较我们的结果，以评估机制的一般性，在发展过程中获得的合并不稳定设置。最后，我们简要地讨论了我们的结果的相关性，解释耀斑活动在太阳日冕和托卡马克的内部中断。
2020-02-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Three-dimensional Spontaneous Magnetic Reconnection
磁重联最为人所知的是对太阳的观测，它会引起太阳耀斑。观测估计重联率是阿尔文速度的一个小的，但不可忽略的部分，所谓的快速重联。直到最近，重联的流行图片是指电阻率或等离子体微观效应，这是矛盾的观察率。另一种情况是由于湍流中磁场线的随机性或薄电流片的撕裂不稳定性引起的重联。在本文中，我模拟了长期的三维非线性演化的薄，平面电流片的快速斜撕裂不稳定性的连续粘性MHD的直接数值模拟。后期的演化类似于一般的湍流，具有-5/3的功率谱和尺度依赖的各向异性，因此我得出撕裂驱动的重联成为湍流重联。湍流在尺度上是局部的，因此微观扩散系数不应该影响大尺度的量。这是通过随着Lundquist数的增加，重连率向$\sim 0.015 v_A$收敛来证实的。在这种有平均场的自发重联中，在没有驱动的情况下，单位面积的耗散率也收敛到$\sim 0.006 ρv_A^3$，无量纲常数$0.015$和$0.006$仅由剪切磁场的自驱动非线性动力学决定。值得注意的是，这也意味着薄电流片具有仅取决于其长宽比和$v_A/c$的通用流体阻力。
2016-10-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Origin of Underdense Plasma Downflows Associated with Magnetic Reconnection in Solar Flares
磁重联是一个普遍的过程，它为爆炸性能量释放事件提供动力，如太阳耀斑、地磁亚暴和一些天体物理喷流。磁重联的一个特征是在等离子体阿尔文速度附近产生快速重联流出喷流。在爆发的太阳耀斑中，向耀斑拱廊移动的暗的指状等离子体下降流通常被认为是这种重连驱动流出的主要观测证据。然而，它们的速度往往比重联理论中预期的要慢得多，这对标准耀斑模型中重联驱动的能量释放场景提出了挑战。本文提出了一个太阳耀斑的三维磁流体动力学模型。通过比较模型的预测与观察到的等离子体的下行流的功能，我们得出结论，这些黑暗的下行流是自组织的结构形成在一个湍流的界面区域下面的耀斑终止激波的流出满足耀斑拱廊，类似的超新星遗迹中形成类似的结构的现象。这个界面区域有无数的湍流、电子流和激波，对耀斑能量释放和粒子加速至关重要。
2021-11-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle dynamics in the electron current layer in collisionless magnetic reconnection
利用粒子模拟方法研究了无碰撞磁重联中电子流层中粒子的动力学行为。电子运动和速度分布函数的跟踪自洽轨迹进行了研究。发现了新的电子轨道类型：电子喷流内部的8字形规则轨道、喷流侧翼的非交叉规则轨道、非交叉Speiser轨道和喷流终止区域下游的非共沸电子。超阿尔夫文外流喷流的性质归因于电子穿过斯佩塞轨道的系综。非交叉轨道由电子电流层附近的极化电场介导。发现非交叉电子的数密度是不可忽略的。这些新的轨道的影响，电子混合，高能电子的空间分布，和观测签名，提出。
2016-08-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic reconnection and plasmoid formation driven by the two-dimensional resistive kink instability in a current hole configuration
我们调查的非线性演化的$m = 1$电阻内部扭结模式在一个二维（2D）配置包含一个中心区域的负电流密度，也被称为“电流孔”设置。有限元程序FINMHD用于求解一组简化的不可压缩磁流体动力学（MHD）方程与电流涡公式。首先，扭结不稳定性线性发展与电阻性内部扭结模式的一般理论一致，并随后导致电流片的形成。在相对较低的伦德奎斯特数$S$，磁重联过程进行的速度预测的斯威特帕克制度。相反，当$S$超过一个临界值，即$S_c \simeq 10^4$时，电流片会被稍低于阿尔文时间尺度的等离子体团的形成所破坏。在后一种情况下，一个随机重联制度表现出Petshek型功能丰富的等离子体团达到。还测量了$0.02$阶的相对快的归一化重连率值。最后，我们比较我们的结果与那些在类似的2D以前的研究中使用理想的MHD不稳定性启动的过程，并讨论其相关的等离子体链的形成和相关的快速重联制度的一般理论。
2020-10-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron Heating During Magnetic Reconnection: A Simulation Scaling Study
利用动力学粒子模拟方法研究了对称入流条件下磁重联过程中电子体加热的情况。电子加热的程度与基于重联磁场的流入阿尔文速度$c_{Ar}$通过关系式$ΔT_e = 0.033 \,m_i\,c_{Ar}^2$很好地相关，其中$ΔT_{e}$是电子温度的增加。对于所进行的模拟范围，加热显示与流入总温度$T_{tot} = T_i + T_e$或等离子体$β$几乎没有相关性。与重连场大小相似的平面外（引导）磁场不会影响总加热，但它会抑制垂直加热，几乎所有加热都在平行方向上。这些结果与最近对向阳面磁层顶电子加热的统计调查定性一致，该调查还发现$ΔT_e$与流入的阿尔文速度成正比。净电子加热随x线下游距离的变化很小。模拟结果表明，在最多一个非常弱的依赖电子加热的离子与电子的质量比。在反平行重联的情况下，大部分平行加热最终各向同性下游由于散射机制，如随机粒子运动或不稳定性。该研究强调了电子加热机制必须满足的关键特性：（1）平行方向的优先加热;（2）与$m_i\,c_{Ar}^2$成比例的加热;（3）最多对电子质量的弱依赖性;（4）排气电子温度随距离x线的变化很小。
2014-10-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Plasmoid Instability in High-Lundquist-Number Magnetic Reconnection
近年来，我们对电阻磁流体力学中磁重联的认识发生了根本性的变化。传统观点认为，在层流高伦德奎斯特（$S$）等离子体中，由电阻率介导的磁重联是缓慢的，受到Sweet-Parker理论预测的重联率的缩放的限制。然而，最近的研究表明，当$S$超过一个临界值$\sim10^{4}$时，Sweet-Parker电流片不稳定到超阿尔夫文等离子体团不稳定性，线性增长率与$S^{1/4}$成比例。在充分发展的统计稳态的二维电阻磁流体动力学模拟，归一化的平均重联率约为0.01，几乎独立于$S$，和分布函数$f(ψ)$的等离子体磁通量$ψ$遵循幂律$f(ψ)\simψ^{-1}$。当包含霍尔效应时，等离子体团不稳定性可能触发霍尔重联的发生，即使不满足传统的发生判据。丰富多样的可能的重联动力学组织在一个相图的框架。
2013-02-08 astro-ph.SR physics.geo-ph physics.plasm-ph
Observation of Alfven wave in ICME-HSS interaction region
阿尔文波（Alfvén wave，AW）是太阳发射的太阳风中最常见的波动。此外，行星际日冕物质抛射（ICME）和高速流（HSS）之间的相互作用也被多次观测到。然而，这种相互作用会产生AW吗？在这种情况下，AW的性质是什么仍然是一个悬而未决的问题。为了回答这个问题，我们研究了1999年10月21日在1AU处由Wind航天器观测到的ICME-HSS相互作用事件。我们已经使用了Walén测试来识别AW和估计Elsasser变量，以找到AW的特性。我们明确地发现，ICME占主导地位的向阳AW，而尾随HSS有很强的反向阳AW。我们认为ICME-HSS相互作用使ICME的MC变形，导致MC内的AWs。此外，ICME早期重联的存在也可能是其内部AW起源的主要原因。
2023-02-17 astro-ph.SR physics.space-ph
Laboratory evidence of the halting of magnetic reconnection by a weak guide field
当具有共面但反平行磁场的两个等离子体相遇时，发生磁重联。在接触点处，磁场被局部湮灭，磁能可以释放到周围的等离子体中。理论和数值模拟在处理这一复杂过程中仍然面临许多挑战，其可预测性仍然难以捉摸。在这里，我们测试，通过实验室实验中进行的控制几何形状，改变字段拓扑结构从二维到三维的效果。这是通过施加强度可调的平面外（引导）磁场来实现的。一个强大的减慢，甚至停止对称重联观察到，即使是一个弱导场。与此同时，我们观察到延迟加热的等离子体中的重连区域和修改后的粒子加速，与超Alfvenic流出沿重连层喷射。这些观测突出了在自然和实验室环境中发生的许多重联事件中考虑三维效应的重要性。
2019-09-04 astro-ph.SR 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
Flux-Rope Mediated Turbulent Magnetic Reconnection
提出磁绳介导的湍流磁重联新模型，强调局部相干磁结构与阿尔文视界，解释三维模拟中重联速率，适用于非零磁螺旋度情况。
2025-01-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic flux transport via reconnection diffusion in different sonic regimes of interstellar MHD turbulence
本研究针对重联扩散理论未考虑可压缩性影响的问题，通过数值模拟测量不同声马赫数下亚阿尔文MHD湍流的磁场扩散系数，给出扩散系数与阿尔文马赫数、声马赫数的定量关系，为恒星形成建模提供关键依据。
2025-07-29 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Nonlinear Explosive Magnetic Reconnection in a Collisionless System
半个多世纪以来，围绕磁重联引起的快速磁能耗散的争论一直是等离子体宇宙中的一个基本话题，不仅在地球的磁层中，而且在脉冲星磁层和磁星等天体中。最近，非热粒子加速和等离子体加热过程中的重联已被广泛研究，有人认为，快速的能量耗散可以发生碰撞的“薄”电流片，其厚度的顺序的粒子回旋半径。然而，对于厚度大于粒子回旋半径的“厚”电流片，如何发生快速的能量耗散是一个有趣的谜。在这里，我们证明，使用一个高分辨率的粒子在细胞中的模拟对等离子体，爆炸性的重联可以出现的惯性电阻率的增强，由于重联磁场和电流片的收缩的曲折粒子的磁化。此外，无论电流片的初始厚度如何，非线性爆炸重联的时间尺度都是Alfvén渡越时间的几十倍。
2021-05-28 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
A computational model for exploring particle acceleration during reconnection in macro-scale systems
提出了一个新的计算模型，用于研究宏观系统中磁重联过程中高能电子的自洽产生。该方程是基于最近的发现，平行的电场是无效的驱动程序的高能粒子在重联，使动力学规模控制的发展，这样的领域可以订购的方程。由此产生的方程组成的磁流体动力学（MHD）的骨干与高能分量所表示的宏观粒子所描述的指导中心方程。最重要的是，高能分量反馈到MHD方程上，使得MHD流体和高能粒子的总能量守恒。方程正确地描述了消防水龙带不稳定性，其动力学在节流重联和控制高能粒子的光谱中起着关键作用。该模型的早期测试结果，包括阿尔芬波在压力各向异性系统中的传播和消防水龙带模式的增长，确定基本算法是稳定的，并产生可靠的物理结果，为进一步基准与粒子在细胞模型的重连做准备。
2018-12-21 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-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
System Size Dependence of Collisionless Reconnection Rate
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；National Aeronautics and Space Administration Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究通过粒子-网格和霍尔磁流体动力学模拟揭示碰撞less重联率并非普遍快速，其速率随系统规模增大而降低，表明碰撞less重联具有根本的规模依赖性。
2026-04-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic-scale current sheets in near-Sun solar wind: properties, scale-dependent features and reconnection onset
本文统计分析了帕克太阳探测器在第一近日点附近10天内观测到的11,200个质子动力学尺度电流片。CS厚度$λ$在几到200 km之间，典型值在30 km左右，电流密度在0.1到10 $μ{\rm A/m^2}$之间，典型值在0.7 $μ{\rm A/m^2}$左右。这些CS是解决由于磁场测量在73- 290样本/秒的分辨率。就质子惯性长度$λ_{p}$而言，CS厚度$λ$在约$0.1$至$10λ_{p}$的范围内，典型值约为2 $λ_{p}$。磁场大小在CS上基本上不变化，因此，电流密度由磁场对准分量主导。CS通常是不对称的，在CS边界处具有统计上不同的磁场幅度。对于较小规模的CS，电流密度较大，$J_0\approx 0.15 \cdot (λ/100\;{\rm km})^{-0.76}$ $μ{\rm A/m^2}$，但在统计上不超过与局部阿尔文速度的离子-电子漂移相对应的阿尔文电流密度$J_A$。CS具有显著的尺度依赖性电流密度和磁剪切角，$J_0/J_{A}\approx 0.17\cdot (λ/λ_{p})^{-0.67}$和$Δθ\approx 21^{\circ}\cdot (λ/λ_{p})^{0.32}$。基于这些观察和比较最近的研究在1 AU，我们得出结论，质子动力学尺度的CS在近太阳太阳风产生的湍流级联，他们是自动的参数范围内，重联是不抑制的抗磁机制，由于…
2022-02-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Do chaotic field lines cause fast reconnection in coronal loops?
在过去的十年中，布泽尔认为三维（3D）磁重联与二维（2D）重联有着根本的不同，因为在三维磁场中，任何一对相邻磁力线之间的距离几乎总是随着距离的增加而呈指数增长。根据Boozer的说法，这个特性使得3D场线映射混乱，并且对小的非理想效应呈指数敏感;因此，3D重联可以在没有强烈电流片的情况下发生。我们通过亚阿尔文足点运动驱动的Boozer-Elder日冕环模型的理想和电阻简化磁流体动力学模拟来测试Boozer的理论[A. H. Boozer和T. Elder，Physics of Plasmas 28，062303（2021）]。我们的模拟结果与他们的预测有很大差异。理想的模拟表明，Boozer和Elder低估了电流密度的强度，因为他们简化的模型方程中缺少了项。此外，不同的伦德奎斯特数的电阻模拟表明，最大电流密度的比例线性，而不是与伦德奎斯特数。
2022-11-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-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
