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
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
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
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
Local regimes of turbulence in 3D magnetic reconnection
当在自然中研究或在3D模拟中建模时，磁重联的过程与标准的2D范例卡通有一个关键的不同：它伴随着电磁场和等离子体特性的许多波动。我们开发了一种诊断方法来研究重连点周围各个区域的波动谱。我们定义的通量函数的局部值，确定的距离形成的重联网站，在流出和流入的负值正值的区域。我们发现，波动属于两个非常不同的制度取决于当地的等离子体β（定义为等离子体和磁压力的比率）。第一个政权的发展中的重联流出β是高的，其特征在于通过异常的粘度和电阻率导致动量和能量交换的等离子体和电磁波动之间的强联系。但是还有第二个低β区域：它在流入和分界面周围的区域中发展，包括重联电子扩散区域本身。值得注意的是，这种低β等离子体，其中磁压占主导地位，保持层流，即使电磁场是湍流。
2019-10-26 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
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 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
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
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
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
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
Particle Acceleration during Magnetic Reconnection in a Low-beta Pair Plasma
低β磁主导区等离子体通过磁重联的重联（$β= 8 πnkT_0/B^2 \ll 1$）和/或高磁化（$σ= B^2/(4 πnmc^2) \gg 1$）在太阳耀斑、脉冲星风星云、相对论性黑洞喷流等一系列天体物理系统中具有重要意义。本文综述了这一过程动力学模拟的最新进展，并进一步讨论了由电子-正电子对组成的低$β$重联层中的等离子体动力学和粒子加速。我们还研究了不同的初始热温度对粒子能谱的影响。虽然早期的论文已经得出结论，较高的$σ$的光谱指数较小，我们的模拟表明，光谱指数接近$p=1$足够低的血浆$β$，即使$σ\sim 1$。由于在理想极限下的预测光谱指数比大多数观测结果都要困难，因此考虑可能导致更软光谱的影响（如开边界模拟）是很重要的。我们还注意到，3D重联物理和湍流的重联的影响需要在未来解决。
2016-04-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Probing Proton versus Electron Heating and Energization during Magnetic Reconnection
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
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
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
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
Nonthermally Dominated Electron Acceleration during Magnetic Reconnection in a Low-beta Plasma
通过完全动力学模拟，我们研究了在类似于日冕和耀斑的条件下，非相对论质子-电子等离子体中磁重联过程中的电子加速。我们表明，重联导致非热占主导地位的电子加速与幂律能量分布在非相对论性低$β$制度，但不是在高$β$制度，其中$β$是等离子体的热压力和磁压力的比率。在低$β$区，加速电子包含大部分耗散的磁能。一个引导中心电流的描述是用来揭示在体非热超导过程中的电子漂移运动的作用。我们发现，主要的加速机制是一个\textit{Fermi}型加速完成的粒子曲率漂移运动沿电场诱导的重联外流。虽然不同等离子体$β$的加速机制相似，但低$β$重联驱动Alfvénic时间尺度上的快速加速，并从热分布中发展出幂律。低$β$等离子体中磁重联引起的非热主导加速可能对太阳耀斑和其他天体物理系统中的高效电子加速具有重要意义。
2015-09-25 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
The Mechanisms of Electron Acceleration During Multiple X Line Magnetic Reconnection with a Guide Field
磁岛之间的相互作用被认为在磁重联过程中对电子加速起着重要的作用。本文采用二维粒子模拟方法研究了多X线重联过程中的电子加速问题。通过与导心理论的比较，我们可以分析平行电场、费米和电子感应加速器机制在磁重联演化过程中对电子加速的贡献。结果表明，随着磁重联的进行，在模拟区域内形成了两个磁岛。电子在X线附近的平行电场和两个磁岛收缩产生的费米机制的作用下被加速。然后两个磁岛开始合并为一个，在这个过程中，电子可以通过平行电场和电子感应加速器机制加速。在电子感应加速器加速过程中，电子在磁场被来自X线的高速流堆积的区域中被局部加速。最后，当两个岛合并成一个大岛时，由于大岛的收缩，电子可以进一步被费米机制加速。随着引导场的增加，费米和感应加速器机制对电子加速的贡献越来越小。当导场足够大时，费米和感应加速器机制的贡献几乎可以忽略。
2016-02-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Proton Acceleration in Low-beta Magnetic Reconnection with Energetic Particle Feedback
本研究针对磁重联中高能粒子在磁流体尺度的反作用研究空白，提出MHD-SDE耦合方法，发现低β磁重联下高能粒子反馈会抑制压缩结构、形成更陡的幂律能谱，证实其在磁重联与粒子加速中的关键作用。
2024-11-04 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
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
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
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
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
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
Heating in the Solar Atmosphere at a Fin Current Sheet Driven by Magnetic Flux Cancellation
本文研究了太阳光球磁通量抵消时磁场相互作用触发的磁重联，提出“鳍状电流片”模型并发展非线性分析，发现其比悬浮电流片释放更多能量。
2024-10-15 astro-ph.SR 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
Heating of Heavy Ions in Low-beta Compressible Turbulence
在与耀斑相关的太阳高能粒子（SEP）事件中，小离子（如$^3$ He和重离子）的增强一直是太阳物理学的主要难题之一。在这项工作中，我们使用3D混合模拟（动力质子和流体电子）调查粒子的湍流低β环境类似于太阳耀斑。结果表明，在这种制度下，注入的大振幅Alfvén波发展成可压缩的和各向异性的湍流，有效地加热不同种类的热离子。我们发现重离子的温度升高与荷质比成反比，这与脉冲SEP事件的观测结果是一致的。进一步的分析表明，离子是通过与质子惯性尺度附近近似垂直的磁声波相互作用而获得能量的。
2019-09-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Two-dimensional modeling of the tearing-mode-governed magnetic reconnection in the large-scale current sheet above the two-ribbon flare
我们尝试用二维数值模拟的方法，用Lundquist数$S=10^6$来模拟在重力分层的太阳大气中的双带耀斑期间的磁重联。我们发现撕裂模不稳定性导致了重联电流片（CS）内部的非均匀湍流，并引发了重联的快速相。快速重联带来了额外的磁场耗散，从而明显提高了重联率。在CS的能谱显示幂律图案和等离子体团的动力学支配相关的光谱指数。我们注意到，能量耗散发生在100-200 km的$l_{ko}$尺度上，对应的CS厚度在1500 - 2500 km之间，符合泰勒尺度$l_T=l_{ko} S^{1/6}$。终端激波（TS）出现在耀斑环上方的湍流区，是加热耀斑环的重要贡献者。大量的磁能通过TS转换成动能和热能，并且累积加热速率大于动能转移速率。此外，湍流在某种程度上被TS放大，其幅度与TS的局部几何形状有关。
2022-06-09 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
Impulsive coronal heating during the interaction of surface magnetic fields in the lower solar atmosphere
太阳活动区核心的日冕等离子体被脉冲加热到5MK以上。造成这种脉冲加热的磁能源的性质和位置知之甚少。利用太阳动力学天文台对七个活跃区域的观测，我们发现大多数承载热等离子体的日冕环至少有一个立足点，这些立足点植根于太阳表面相互作用的混合磁极区域。当界面区域成像光谱仪空间任务的同时观测可用时，我们发现了热日冕环底部磁重联的光谱证据。我们的分析表明，太阳表面相反极性的磁斑的相互作用和重联过程中相关的能量释放是脉冲日冕加热的关键。
2020-12-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Applications of Fast Magnetic Reconnection Models to the Atmospheres of the Sun and Protoplanetary Disks
本研究针对部分电离等离子体的磁重联特性，考察太阳大气部分电离层与原行星盘两种环境中快速重联的碰撞机制，揭示电流片演化过程及能量转化规律，解释了太阳日冕粒子加速与原行星盘红外谱线辐射的成因。
2024-05-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Anisotropic Heating and Parallel Heat Flux in Electron-only Magnetic Reconnection with Intense Guide Fields
本文利用二维全动力学PIC模拟研究不同强度强引导场下的仅电子磁重联，揭示电子温度各向异性、平行温度多极结构转变及强平行电子热流的特征。
2024-06-27 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Modelling of impurity heating during reconnections in a Reverse Field Pinch device as due to parallel electric field acceleration and chaos-induced thermalization
针对MST反向场箍缩装置中磁重联离子温度的理论解释空白，提出离子获能源于重联平行电场、热化源于混沌动力学的模型，指出三种随机性机制，验证标度律并表明代入实际等离子体参数可获定量一致。
2023-12-20 physics.plasm-ph
The Mechanisms of Electron Heating and Acceleration during Magnetic Reconnection
利用粒子模拟方法研究了无碰撞磁重联中电子的加热问题。在这种情况下，平行于B的电场直接加速粒子，而垂直于B的电场则通过梯度B和曲率漂移来加速粒子。曲率漂移通过费米反射驱动平行加热，而梯度B漂移通过电子感应加速器加速改变垂直能量。我们目前的模拟，我们评估这些机制在空间和时间，以量化它们在电子加热中的作用。对于具有小引导场（重连分量的幅度的20%）的情况，曲率漂移是电子加热的主要来源。然而，对于较大的引导场（等于重连分量的大小），由曲率漂移引起的电子加速与平行电场的电子加速相当。在这两种情况下，梯度B漂移引起的加热在幅度上可以忽略不计。加热的曲率漂移占主导地位的外流排气弯曲的磁力线扩大放松其张力，因此分布在一个大面积。相反，平行电场局限于X线附近。平行电场的加速在X线占据系统的消失部分的大系统中可能起较小的作用。曲率漂移和平行电场主导动力学并驱动平行加热。结果是电子能谱在后期变得极其各向异性，这对于量化由于同步辐射引起的电子加速的极限具有重要意义。通过平衡重联驱动与辐射损失，获得了大大高于早期估计的电子能量增益的上限。
2014-06-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Role of ion acoustic instability in magnetic reconnection
Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）
本研究探讨了离子声不稳定性在磁重联中的作用，发现其主要效应是驱动离子加热，而非显著增加异常电阻率。
2025-05-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle Acceleration and Heating by Turbulent Reconnection
太阳风中的湍流、大尺度电流片、多重电流片和冲击波导致了这样一种环境的形成，在这种环境中建立了密集的电流片网络并维持“湍流重联”。我们构建了一个2D网格，在该网格上随机选择一些网格点作为散射体（即磁云或电流片）。我们的目标是研究测试粒子如何在这个大规模的散射体集合中响应。我们研究了单个粒子的能量增益，它们的能量分布和逃逸时间分布的演化。我们已经开发了一种新的方法来估计输运系数的粒子与散射体的相互作用的动力学。用电流片代替“磁云”，我们已经证明，根据电流片内部的有效电场的强度及其统计特性，磁云过程可以更有效。利用估计的输运系数，通过求解Fokker-Planck（FP）方程，我们可以恢复出仅在随机费米过程下粒子的能量分布。我们已经表明，湍流重连体积内的粒子的演化是不是FP方程的解，因为粒子与电流片的相互作用是“异常的”，在第二阶费米过程的情况下。
2016-07-21 astro-ph.SR physics.plasm-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
