Variations of solar electron and proton flux in magnetic cloud boundary layers and comparisons with those across the shocks and in the reconnection exhausts
磁云边界层（BL）是磁云（MC）与周围太阳风相互作用形成的动力区。在本研究中，我们比较研究质子和电子平均通量的变化，在BL，行星际重联排气（RE）和整个MC驱动的冲击，使用风3DP和MFI数据从1995年至2006年。一般来说，质子通量在较低的能带有较高的增量相比，环境太阳风。在BL内部，核心电子通量准各向同性地增加，并且从~30%的能量开始，增量随能量单调减小（18 eV时）至约10%（在70 eV）;超热电子通量通常在平行或反平行方向增加;平行和反平行方向上电子通量变化的相关系数从~0.8急剧变化到~0.8 0高于70 eV。RE也有类似的结果。然而，不同的现象被发现在整个冲击的电子通量变化先增加，然后减少与峰值增量（>200%）附近100 eV。平行和反平行方向的电子通量变化的相关系数总是在0.8左右。BL和RE中通量变化的类似行为表明，重联可能普遍发生在BL中。我们的工作也意味着电子通量变化的强能量依赖性和方向选择性，这是以前被认为是没有足够的相关性，磁重联，可以被认为是一个重要的签名太阳风重联的统计观点。
2012-06-25 astro-ph.SR physics.space-ph
The roles of fluid compression and shear in electron energization during magnetic reconnection
空间和天体物理重联点的粒子加速是磁重联研究中尚未解决的重要问题。早期的动力学模拟已经确定了与粒子漂移运动相关的几种加速机制。在这里，我们表明，对于足够大的系统，由于粒子漂移运动的湍流过程可以被描述为流体的压缩和剪切，并且剪切湍流与高能粒子的压力各向异性成正比。通过对全动力学模拟结果的分析，我们发现在弱引导场作用下，高能粒子重联的加速主要是压缩效应，当引导场占重联分量的50%时，压缩效应和剪切效应相当.空间分布的这些扰动效应表明，重联排气，收缩岛，岛合并区是三个最重要的区域压缩和剪切加速。本研究将粒子导引中心漂移运动引起的粒子运动与高能粒子输运理论中的背景流体运动引起的粒子运动联系起来。为建立大尺度重联加速（如太阳耀斑）的粒子输运模型提供了基础。
2018-03-13 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
A Brief Review on Particle Acceleration in Multi-island Magnetic Reconnection
简要介绍了多岛磁重联中粒子加速的基本物理和理论研究及粒子模拟研究的最新进展。多岛磁重联中的粒子加速被认为是太阳耀斑和太阳风中高能粒子加速的一种可能机制。理论研究表明，如果粒子运动在重联事件中充分随机化，这种机制可以产生所观察到的高能粒子的幂律能量分布。然而，PIC模拟似乎表明，一阶费米加速机制是无法产生一个幂律粒子的能量分布函数在温和的相对论性多岛磁重联。另一方面，虽然高度相对论性重联的模拟似乎能够产生幂律能谱，但所获得的谱指数通常比通常在太阳风和太阳耀斑事件中观察到的指数为$\sim -5$的软幂律谱更硬。此外，由于三维磁重联中的动力学不稳定性而导致的等离子体加热可能使幂律粒子“热化”，使得多岛重联更难以产生幂律谱。我们讨论了可能导致这些问题的可能原因。
2019-08-24 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.geo-ph
Magnetic Reconnection within the Boundary Layer of a Magnetic Cloud in the Solar Wind
行星际日冕物质抛射（ICME）产生的磁云（MC）前部或后部的扭曲局部磁场往往与周围行星际磁场（IMF）的方向几乎相反。也有观测证据表明，磁重联（MR）外流发生在边界层的MC。本文详细研究了2000年10月3日发生在MC西翼的一次MR事件。在详细的多点研究中仔细检查螺旋MC的大尺度几何形状和MR流出结构。ICME鞘为混合型增殖扩张鞘。这里，新重新连接的开放场线预计将在MC上缓慢滑动，同时导致等离子体混合。对于磁共振，对ACE-Geotail-WIND航天器之间的流片几何形状和流出通道的垂直运动进行了仔细的研究和测试。在磁共振方面的主要发现包括：（1）首次在入流区观测到非Petschek型慢激波间断，（2）观测到与洛伦兹力偏转的电子喷流有关的湍流霍尔磁场，（3）重联电场对质子的加速及其在慢激波间断处的后向散射，（4）在慢激波间断处观测到质子的后向散射。（4）在MC流入边界/分界线附近观察到相对论电子，这些电子可能是由于霍尔电流系统的静电势阱中的非绝热加速、梯度B漂移和通孔加速而出现的;（5）MC流入区的多普勒频移离子声波和朗缪尔波的观测。
2021-08-25 astro-ph.SR physics.space-ph
Collisionless magnetic field reconnection from first principles: What it can and cannot do
从第一性原理出发，定性地推导了扩散区附近无碰撞磁场重联的基本概念。这种分析的一个结论是，在地球磁层或从太阳观测到的高能离子和电子在扩散区没有加速到观测到的能量。
2006-06-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic reconnection-driven energization of protons up to 400 keV at the near-Sun heliospheric current sheet
本研究借助帕克太阳探测器的抵近观测，证实日球层电流片的磁重联可将质子加速至400 keV，结合kglobal模型模拟揭示磁岛合并的加速机制，为近日太阳风高能粒子来源提供新证据。
2025-01-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Escape of Flare-accelerated Particles in Solar Eruptive Events
脉冲太阳高能粒子事件被广泛认为是由于太阳爆发事件产生的耀斑加速粒子迅速逃逸到行星际介质中。然而，根据这类事件的标准模型，被耀斑重联加速的粒子应该仍然被困在构成日冕物质抛射的通量绳中。这些粒子应该很晚才能和大量的喷出物一起到达地球。为了解决这个矛盾，我们已经扩展了我们以前的轴对称模型的耀斑加速粒子逃逸到完全三维（3D）的几何形状。我们报告的结果，磁流体动力学模拟的日冕系统，其中包括一个双极活动区嵌入在一个背景的全球偶极子场结构的太阳风。我们的模拟显示，多个磁重联事件发生之前和期间的CME爆发和行星际传播。除了建立通量绳的事件之外，开放场和CME之间的重联将闭合的日冕耦合到开放的行星际场。耀斑加速的粒子最初被捕获在日冕物质抛射中，因此可以沿着磁重联的尾迹进入开放的行星际磁场。这些3D结果与我们以前的计算之间的一个关键区别是，交换重联允许加速粒子从CME通量绳深处逃逸。我们估计的粒子逃逸通道的空间范围。耀斑加速和释放的高能粒子通过CME/开放场耦合之间的相对定时也被确定。我们的所有结果都比观测结果好。
2019-09-30 astro-ph.SR physics.space-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
Extended magnetic reconnection in kinetic plasma turbulence
本文通过磁通量输运方法在三维动力学等离子体湍流模拟中发现，重联X线可延伸至系统尺度，颠覆了重联呈斑块状的旧观点，并揭示其受临界平衡调控。
2023-08-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The energetics of relativistic magnetic reconnection: ion-electron repartition and particle distribution hardness
无碰撞的磁重联是解释各种高能天体（包括具有相对论性离子-电子等离子体的天体）中类似耀斑或稳定发射、外流发射或等离子体加热的主要候选者。但是，对于重联事件中初始磁能的命运，我们仍然知之甚少：动能、离子/电子再分配以及粒子分布的硬度是多少？我们探索这些问题与2D粒子在细胞模拟的离子-电子等离子体。我们发现，45至75%的总初始磁能结束的动能，这部分增加与流入磁化。取决于引导场强度，离子获得总动能的30%至60%。粒子可以被分成两个群体，它们只是微弱地混合：（i）最初在电流片中的粒子，通过其最初的撕裂和随后的岛的收缩而被加热;以及（ii）来自背景等离子体的粒子，当通过X点附近时，它们主要通过重连电场获得能量。粒子（ii）倾向于形成指数为$p=-d\log n(γ)/d\logγ$的幂律，该指数主要取决于物质$s$的流入阿尔文速度$V_A$和磁化强度$σ_s$，对于电子$p=5$至$1.2$，对于增加$σ_e$。对于所有的相对论模拟，离子或电子的最高粒子洛伦兹因子随时间大致线性地增加。与无碰撞冲击加速度相比，这更快，并且光谱可能更硬。我们将讨论微类星体和活动星系核日冕，河外喷流和射电瓣的应用。我们指出的情况下，如康普顿阻力或对创建的影响是很重要的。
2014-05-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Identification of active magnetic reconnection using magnetic flux transport in plasma turbulence
在过去的二十年里，磁重联被认为在等离子体湍流的动力学和能量学中起着重要的作用。提出了一种基于磁通量输运（MFT）的湍流等离子体重联识别方法。将该方法应用于二维等离子体湍流的回旋动力学模拟。三个活跃的重联X点的识别结果的报告。前两个X点已经发展出双向电子流出射流。除了电子重联的范畴之外，第三个X点没有双向电子流出射流，因为流动被湍流修改。在所有的情况下，这种方法成功地确定了积极的重联通过明确的向内和向外的通量传输周围的X点。这种输运模式定义了重联，并在MFT的发散中产生了新的四极结构。这种方法有望应用于MMS、帕克太阳探测器和太阳轨道器等航天器任务。
2021-12-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Two-stage electron acceleration by 3D collisionless guide field magnetic reconnection
我们报道了一个新发现的在非相对论区域典型的三维无碰撞导场磁重联的X线附近电子加速的两阶段机制，例如，恒星日冕的研究我们发现电子在重联的线性增长过程中首先被预加速后，在三维导场磁重联的非线性阶段中被进一步加速。这种额外的加速度是由于由流动不稳定性引起的电场和磁场的叠加。除了增强的平行电场，双折射导致额外的曲率驱动的电子加速在引导场方向。其结果是，部分加速的电子光谱变成幂律，在X线附近的光谱指数为$\sim-1.6$。由于非线性重联引起的加速的第二阶段与高能电子的产生有关，例如，恒星日冕的薄电流片
2018-09-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Determining the Dominant Acceleration Mechanism during Relativistic Magnetic Reconnection in Large-scale Systems
虽然越来越多的研究表明，相对论性磁重联是高能天体物理系统中粒子加速的一个巨大来源，但主要的加速机制仍然存在争议。使用完全动力学模拟和理论分析相结合，我们表明，费米型加速内的大规模动态电场占主导地位的直接加速从非理想电场内的小尺度扩散区域。这一结果具有深远的影响建模粒子加速在大规模的天体物理问题，因为它开辟了建模的可能性，而不解决微观扩散区的能量谱。
2019-06-20 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Study of magnetic reconnection at low-$β$ using laser-powered capacitor coils
本文介绍了激光驱动电容器线圈平台micro-MRX，在低β条件下研究磁重联，直接测量到面外电场加速电子并观测到离子声波与电子声波爆发，为实验室磁重联研究提供了新途径。
2024-10-03 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
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
Direct measurement of non-thermal electron acceleration from magnetically driven reconnection in a laboratory plasma
磁重联是一种普遍存在的天体物理过程，它将磁能迅速转化为等离子体流能、热能和非热高能粒子（包括高能电子）的某种组合。在不同的低$β$（plasma-to-magnetic pressure ratio）和无碰撞环境中，理论上提出了各种重联加速机制，包括一阶和二阶费米加速、电子感应加速、沿磁场的平行电场加速以及重联电场的直接加速。然而，迄今为止，它们都没有得到实验证实，因为在实验室实验中直接观察非热粒子加速是困难的，这是由于\textit{in-situ}测量的德拜长度短和\textit{ex-situ}测量的平均自由程短。在这里，我们报告的直接测量加速非热电子从低$β$磁驱动重联实验中使用激光供电的电容线圈平台。我们使用千焦耳雷射来驱动平行电流，以准轴对称几何形状重新连接兆高斯级磁场。测量的电子能谱和由此产生的加速能量的角度依赖性，支持粒子在细胞模拟，表明直接电场加速的平面外重联电场的机制是在工作。使用这种机制的定标能量与天体物理观测直接相关。因此，我们的研究结果验证了建议的加速机制之一的重联，并建立了一个新的方法来研究重联粒子加速与相关制度的实验室实验。
2022-01-25 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Field-aligned beams and reconnection in the jovian magnetotail
观测到木星磁尾等离子体的释放，其形式有等离子体团、移动压缩区、场向粒子束和类磁通绳事件。我们证明了电子在等离子体片边界层（PSBL）中沿磁场线传播，而靠近电流片中心的电子分布是各向同性的。文中还给出了PSBL中逆流电子束的证据。大部分的场向高能离子束与场向电子束有关，其中大约一半的离子束具有双极性磁场分量的双极性起伏。此外，他们往往表现出正常的速度分散的不同种类，适合从一个单一的源粒子传播的情况。上述所有特征都是在木星重构事件中观察到的，这些事件通常与等离子体流动逆转有关。从所有这些特征，这是基于高能粒子的测量，我们认为，在木星磁尾的重组过程与重联。
2012-10-16 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Direct Evidence of a Highest Wave-Driven Energetic Electron Flux at the Earth's Magnetopause
本文首次观测到日下点附近磁层顶无重联信号时650 keV高能电子通量持续增强，发现其与多种波同时出现，理论建模证实波由电子温度各向异性和损失锥分布产生，为磁层顶高能电子通量增强机制提供新证据。
2024-12-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle Acceleration in Magnetic Reconnection with Ad hoc Pitch-angle Scattering
磁重联过程中的粒子加速是空间、太阳和天体物理等离子体领域的一个长期课题。最近的磁重联的3D粒子模拟表明，由于3D场线混沌，粒子可以离开通量绳，允许粒子访问额外的加速站点，通过费米加速获得更多的能量，并发展出幂律能量分布。这种3D效果在传统的2D模拟中不存在，在2D模拟中，由于粒子在场线上的运动受到限制，因此它们被人为地限制在磁岛上。然而，全3D模拟对于大多数研究来说都是昂贵的。在这里，我们试图重现3D的结果，在2D模拟中引入特设的俯仰角散射的一小部分的颗粒。我们表明，散射粒子能够运输出2D岛屿，实现更有效的费米加速，导致高能粒子通量的显着增加。我们还研究了散射频率对非热粒子谱的影响。这项研究有助于实现磁重联中粒子加速的完整图像。
2022-05-17 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
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
Collisionless reconnection: The sub-microscale mechanism of magnetic field line interaction
磁场线是携带磁通量的一个量子$Φ_0=2π\hbar/e$的量子物体，并且具有有限半径$λ_m$。在这里，我们认为，他们拥有一个非常具体的动力学相互作用。平行的磁力线互相排斥。当被限制在一定区域时，它们形成六边形结构的二维晶格。我们估计这样一个区域的填充因子。另一方面，反平行的场线相互吸引。我们确定的物理机制是由于规范位场的作用，我们确定量子力学的两个平行和两个反平行的场线。量子电动力学真空的扭曲导致了虚偶云。我们从量子电动力学的角度计算了虚对产生率，并估算了虚对云密度、对电流和通过对云作用于场线上的洛伦兹力密度。磁力线动力学的这些性质在无碰撞重联中变得很重要，一致地解释了为什么以及如何在电子惯性尺度以下的电流片的无场中心自发地重联。
2012-02-28 astro-ph.HE physics.space-ph
Outstanding questions and future research of magnetic reconnection
该文梳理了无碰撞等离子体磁重联领域现存的核心未解问题，结合现有观测与模拟进展，从新观测、新模拟及跨学科路径三方面提出了未来研究方向。
2024-07-12 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Interchange reconnection as the source of the fast solar wind within coronal holes
利用PSP观测与模拟，本研究证明冕洞底部超米粒网络磁场的交换重联可无碰撞释放足够能量，驱动快速太阳风并形成磁折返与高能离子爆发。
2023-06-07 astro-ph.SR physics.space-ph
Energy partitioning between thermal and non-thermal electrons and ions in magnetotail reconnection
本研究基于MMS观测统计分析地球磁尾磁重联事件，量化离子与电子、热与非热成分间的能量分配，并发现平均能量升高会使能谱变软、非热能占比下降。
2025-06-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Simulation Models for Exploring Magnetic Reconnection
本文系统回顾了用于研究磁重联的多类模拟方法，涵盖 MHD、Hall MHD、混合模型、PIC、Vlasov 及 Rice 对流模型等，并说明其关键假设、数值技术与典型科学结果。
2024-06-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Multiple current sheet systems in the outer heliosphere: Energy release and turbulence
在日光层外层，在太阳风终止激波之外，预计弯曲的日光层电流片形成一个密集的、多个薄电流片的区域。这样的系统可能受到离子动力学撕裂不稳定性的影响，并因此产生与磁重联相关的磁岛和热离子群。在这种环境中的重联过程有重要的影响，当地的粒子运输，并在重联网站和湍流粒子加速。我们研究这个复杂的环境，通过三维混合模拟在很长的时间尺度上，为了捕捉撕裂不稳定性的线性增长的演变，在后期充分发展的湍流状态。最终状态的发展从高度有序的初始状态通过正向和反向级联。当包含引导场时，存在磁涨落的分量和谱各向异性。包含一群新出生的星际拾取质子不会强烈影响这些结果。最后，我们得出结论，多个电流片之间的重连可以作为一个重要的湍流源在外层日光层，高能粒子加速和传播的影响。
2016-03-22 astro-ph.SR physics.space-ph
A Comprehensive Simulation of Solar Wind Formation from the Solar Interior: Significant Cross-field Energy Transport by Interchange Reconnection near the Sun
本研究利用扩展版RAMENS代码开展首个太阳风形成综合模拟，提出量化跨场能量输运新方法，发现超米粒尺度交换重联贡献约半数能量，揭示其在太阳风形成中的重要作用。
2023-06-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Large-scale Compression Acceleration during Magnetic Reconnection in a Low-$β$ Plasma
在太阳耀斑和其他天体物理系统中，与磁重联相关的粒子加速问题的一个主要挑战是动力学尺度和观测到的重联尺度之间的巨大尺度分离。正因为如此，仅仅使用动力学模拟很难得出任何明确的结论。求解高能粒子输运方程的粒子加速模型可以捕获动力学模拟中发现的主要加速物理，从而提供一种实用的方法来进行可观测的预测并直接将模型结果与观测结果进行比较。在这里，我们研究磁重联中的压缩粒子加速通过求解帕克（扩散-平流）输运方程使用速度和磁场从二维高Lundquist数磁流体力学（MHD）模拟的低$β$重联层。我们发现，可压缩重联层可以给显着的粒子加速，导致幂律粒子能量分布的形成。我们分析了加速率，发现重联层中的加速是一阶和二阶费米过程的混合。当包括一个引导场，我们发现光谱变得陡峭，幂律截止能量和最大粒子能量降低等离子体变得更难压缩。该模型产生的二维粒子分布可以用来生成辐射图，并直接与太阳耀斑观测结果进行比较。这提供了一个框架来解释粒子加速在大规模天体物理重联网站，如太阳耀斑。
2018-10-05 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron acceleration by turbulent plasmoid reconnection
在太空和天体物理等离子体中，就像在行星磁层中一样，如水星，高能电子经常在电流片（CS）附近发现，这暗示了电子通过磁重联加速。不幸的是，通过重联的电子加速还没有得到很好的理解。特别是湍流等离子体团重连的加速。我们已经研究了电子加速湍流等离子体团重联，所描述的MHD模拟，通过测试粒子计算。为了避免将所有相关的湍流尺度分解到耗散尺度，采用平均场湍流模型来描述亚网格尺度（SGS）的湍流及其通过湍流电动势（EMF）的影响。平均场模型将湍流电动势描述为电流密度、涡度、磁场以及湍流能量、交叉螺旋度和剩余螺旋度的平均值的函数。我们发现，主要在湍流重联的X点周围，强烈增强的局部电动势最有效地加速了电子并导致幂律谱的形成。由湍流引起的磁场对准的电动势主导电子加速过程。缩放加速过程的参数的Hermean磁尾，电子能量高达60千电子伏，可以达到通过热等离子体的湍流等离子体团重联。
2018-06-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Acceleration, magnetic fluctuations and cross-field transport of energetic electrons in a solar flare loop
等离子体湍流被认为与太阳耀斑中涉及的各种物理过程有关，包括磁重联、粒子加速和输运。利用Ramaty高能太阳光谱成像仪（{ \it RHESSI}）的观测和X射线可见度分析，我们确定了一次耀斑（GOES M3.7级，2002年4月14日23 $:$ 55 UT）的高能电子的空间和光谱分布，这一耀斑以前被认为与重联情景相一致。结果表明，由于环中存在高密度等离子体，电子必须绕长$\sim 2\times 10^9$ cm、宽$\sim 7\times 10^8$ cm的环顶点连续加速。几十keV的电子的能量依赖的运输被观察到发生沿和跨引导磁场的环路。我们表明，交叉场运输是一致的磁湍流的存在下，在循环中，电子被加速，并估计的大小的场线扩散系数的耀斑的不同阶段。在给定的磁场关联长度下，计算了磁涨落的能量密度，它大于非热电子的能量密度。当最大数量的电子被加速时，磁波动的水平达到峰值，并且在衰变阶段低于可检测性或不存在。这些硬X射线观测提供了第一个观测证据，证明磁湍流控制着致密耀斑环中高能电子的演化，并暗示了它们的湍流加速。
2011-02-17 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Configuration of magnetotail current sheet prior to magnetic reconnection onset
磁尾电流片的配置决定了控制亚暴发生的磁重联特性，亚暴是地球磁层中最具活力的现象之一。静止时间电流片通常近似为由各向同性等离子体压力梯度平衡的二维（2D）磁场配置。然而，重联开始之前的电流片变薄和形成的近一维（1D）的磁场配置。在这项研究中，使用粒子模拟，我们调查的力量平衡，这样薄的电流片时，他们被等离子体流入驱动。我们证明了磁场位形从二维到一维的转变，由于形成等离子体压力nongyrotropics和揭示其起源的离子分布的nongyrotropic条款。我们表明，亚暴的发病可能是由这样的nongyrotropic电流片的不稳定性和动力学控制，从最常见的调查二维各向同性配置有很大不同的属性。
2022-03-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
Study of Reconnection Dynamics and Plasma Relaxation in MHD simulation of a Solar Flare
本文利用数据约束的EULAG-MHD模拟研究NOAA 12253活动区GOES M1.3耀斑，揭示HFT重联及等离子体弛豫程度与重联效能、持续时间和耀斑能量过程的关系。
2024-01-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar Energetic Particle Charge States and Abundances with Nonthermal Electrons
本研究针对太阳高能粒子事件源区温度估算问题，分析非热电子分布对A/Q法温度估算的影响，发现电子分布偏离麦克斯韦分布对源区温度结果无显著影响，且SEP加速离开加速区的时间短于电离时间尺度。
2024-03-10 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
The Maximum Particle Energy Gain During Magnetic Reconnection
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；IREAP, University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校综合相对论天体物理研究所）；The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）；Institute for Physical Science and Technology, University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校物理科学与技术研究所）；Joint Space Science Institute, University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校联合空间科学研究所）
研究磁重联中粒子最大能量增益的机制，发现其由磁岛合并次数决定，且与系统规模相关。
2025-12-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Scattering of energetic electrons by heat-flux-driven whistlers in flares
本文用粒子模拟方法研究了电子被热通量驱动的哨声波散射的问题。模拟开始与一个大的热通量，这是使用卡帕分布的电子与正速度和冷返回电流束。这个系统代表了从重连驱动的能量释放位点逃逸的高能电子。这种热通量系统驱动大振幅斜哨声波传播沿和反对的热通量，以及电子声波。虽然波主要由低能量电子驱动，包括冷返回电流束，但高能电子在一百电子回旋时间量级的时间尺度上与哨声共振并被哨声散射。观测到$\tilde{B} / B_{0} \sim 0.125$的峰值哨声幅度和$\sim 60 \degree$相对于背景磁场的角度。电子垂直能量增加，而场取向的电子热通量被抑制。与耀斑中能量释放点的典型尺度大小相比，高能电子的散射平均自由程很小，这可能导致高能电子的有效约束，这是产生高能粒子所必需的。
2019-10-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection in the Centre of the Near-Earth Plasma Sheet: Control by Plasma Drifts and Magnetic Flux Convection close to the Earth
磁层内的对流可以被认为是磁通量和等离子体从磁尾转移到夜侧，然后从那里对流和漂移到昼侧。在许多流体流动的情况下，下游流动（对流和漂移到向阳面）是上游流动（重新连接和流入的尾巴）的重要边界条件。近地等离子体片中的尾状通量管在重联事件之间阻挡了来自尾的流入。然而，向西漂移的高能离子（曲率和梯度漂移和ExB漂移）删除等离子体能量从近午夜造成通缩和地球流在赤道平面。(The过程可以描述为等离子体片/部分环电流的东部向西漂移。向地球的流动将磁通量和等离子体从厚的等离子体片的中心移走，并产生薄的电流片，这反过来有利于重联的开始。X线正好形成向地球流动区域的尾部。最初，重联发生的X线向地传播和磁岛的增长在其尾部一侧，因为没有尾流。随后，系统向瓣合并方向演化，X线向尾方向传播，符合尾重联的标准图像。发生流入和重联的本地时隙的东西宽度由漂移离子的东端处的等离子体能量减小的尺度长度确定。预计重联槽将跟随部分环电流东端的西向漂移。该模型似乎是一致的爆发性的整体流动，西行浪涌和许多其他观测到的亚暴的属性。
2004-12-18 physics.space-ph
Reconnection and electron temperature anisotropy in sub-proton scale plasma turbulence
磁化等离子体中亚质子尺度的湍流行为对于全面理解天体物理流（如太阳风）的能量学是非常重要的。我们研究的电子温度各向异性的形成，由于在亚质子尺度波动的湍流衰减使用二维，粒子在细胞（PIC）等离子体模拟与现实的电子质子质量比和引导场的模拟平面。近似幂律形式的涨落功率谱被建立到电子回旋半径量级。在动态磁场拓扑结构，这逐渐放松的复杂性，我们确定的X点场几何的网站上的无碰撞重联的签名。重联点通常与强平行电子温度各向异性的区域有关。连接到重联位点的磁场线的演变拓扑允许在多个空间分离的重联区域处加速的电子的空间混合。这将导致形成多峰的速度分布函数具有很强的平行温度各向异性。在一个三维系统中，支持适当的波矢量，多峰分布函数预计将是不稳定的动力学不稳定性，有助于耗散。所提出的各向异性形成机制也与空间和天体物理系统有关，其中等离子体的演化受到线性温度各向异性不稳定阈值的约束。重联位点的存在导致电子能量增益、非局域速度空间混合和强温度各向异性的形成;这证明了重联在湍流波动消散中的重要作用。
2014-01-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Energy Release and Particle Acceleration in Flares: Summary and Future Prospects
综述了与耀斑能量释放和粒子加速基本过程有关的RHESSI测量。RHESSI对硬X射线连续谱的精确测量使模型无关的反卷积能够获得母电子谱。考虑到耀斑的影响，这些结果表明，电子幂律谱的低能截止值通常低于几十keV，这证实了加速电子包含了耀斑释放的大部分能量。RHESSI探测到一个高日冕硬X射线源，其中充满了加速电子，其能量密度与磁场能量密度相当。这表明先前存储在磁场中的能量有效地转换为电子的整体加速。一种新的无碰撞（霍尔）磁重联过程已经通过理论和模拟得到确认，并在空间和实验室中直接观测到;它也应该发生在日冕中，其重联速度快到足以在耀斑中释放能量。重连过程可能导致形成多个细长的磁岛，然后塌陷以加速电子，足够快地产生观察到的硬X射线发射。RHESSI开创性的高能离子γ射线线成像，揭示了跨越耀斑环拱廊的足迹，提供了强有力的证据，表明离子加速也与磁重联有关。耀斑粒子加速与行星际介质中观测到的脉冲太阳高能粒子（SEP）事件、快速日冕物质抛射和渐变SEP事件有密切关系。
2011-10-09 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.plasm-ph
Earth's Alfvén Wings: Unveiling Dynamic Variations of Field-line Topologies with Electron Distributions
University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Institute of Space and Astronautical Science, JAXA（宇宙科学研究所，日本宇宙航空研究开发机构）；Southwest Research Institute（西南研究院）；University of Maryland College Park（马里兰大学帕克分校）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；University of Maryland Baltimore（马里兰大学巴尔的摩分校）
研究通过MMS任务数据，首次揭示磁云中电子分布特征，展示阿尔芬翼再连接过程中的磁场线拓扑变化及双翼再连接的电子分布特征。
2024-08-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic Reconnection in Astrophysical Systems
我演讲的主要主题是这样一个问题：在什么样的天体物理系统中，磁重联是有趣的和/或重要的？为了解决这个问题，我首先提出了选择相关天体物理环境的三个一般标准。也就是说，重联应该是：快速的;能量上重要的;和可观察的。从这一点，我推断，气体密度应该是低的，使等离子体：碰撞;力免费;和光学薄。因此，举例来说，要求重联是快速的意味着Petschek的重联机制必须运作，这是可能的，显然，只有在无碰撞的制度。接下来，我认为，无力条件意味着磁场产生，并锚定，附近的致密大质量的物体，例如，一颗恒星或一个圆盘，被引力强烈分层。然后，我强调场线开放的重要性（例如，通过差动旋转）作为形成重新连接电流片的手段。相应地，我建议Y点头盔流光作为一个通用的原型磁配置有关的大规模重联在天体物理学。最后，我讨论了几个具体的天体物理系统，满足上述标准：恒星日冕，磁相互作用的恒星-磁盘系统，和磁化日冕以上的湍流吸积盘。在附录中，我将在这次演讲中提出的想法应用于太阳日冕加热问题。
2006-07-28 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Relativistic Nonthermal Particle Acceleration in Two-Dimensional Collisionless Magnetic Reconnection
磁重联，特别是在相对论范围内，提供了一个有效的机制，加速相对论粒子，从而提供了一个有吸引力的物理解释，非热高能辐射从各种天体物理来源。我提出了一个简单的分析模型，阐明了负责重连驱动的相对论非热粒子加速（NTPA）在大系统，等离子体团占主导地位的制度在两个维度的关键物理过程。该模型的目的是解释的数值观测依赖性的幂律指数$p$和高能量截止$γ_c$的非热粒子能谱$f(γ)$上的环境等离子体磁化$σ$，和（$γ_c$）的系统大小$L$。在这个自相似模型中，高能粒子被面外重联电场$E_{\rm rec}$连续加速，直到它们被重联磁场磁化，并最终被捕获在足够大的等离子体团中。该模型还包括扩散费米加速粒子反弹快速移动的等离子体团。我认为，电加速和磁化之间的平衡控制的幂律指数，而捕获在等离子体团管理的截止，从而绑粒子能谱的等离子体团分布。
2020-07-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Large-Scale Parallel Electric Fields and Return Currents in a Global Simulation Model
一个新的计算模型，kglobal，正在开发中，以探讨高能电子生产通过磁重联在宏观系统。该模型是基于这样一个发现，即在重联过程中高能电子的产生是由大尺度磁场中的费米反射控制的，而不是由动力学尺度边界层中的平行电场控制的。因此，该模型消除了这些边界层。然而，尽管围绕磁性x线和相关的分隔线发展的平行电场在产生高能电子方面并不重要，但是存在大规模的电场，其启动低能电子的加热并驱动伴随开放系统中的逃逸高能电子的冷电子返回电流。这种宏观电场是由电子压力中的磁场对准梯度产生的。我们已经升级了kglobal，以包括这种大规模的电场，同时保持节能。新的模型进行了测试，通过探索电子声学模式的动态发展作为两个电子物种的存在的后果：热动力学和冷流体电子。值得注意的是，电子声学模式的阻尼被kglobal精确地捕获。此外，已经确定kglobal正确地描述了平行电场与逃逸的热电子的相互作用的动力学，通过与粒子在细胞（PIC）代码p3d的基准模拟。
2019-10-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Injection of solar energetic particles into both loop legs of a magnetic cloud
两个STEREO航天器中的每一个都携带一个SEPT仪器，用于测量电子和质子。在四个观察方向上提供各向异性观察。2013年11月7日的SEP事件由当时纵向分离68°的两个STEREO航天器观测到。虽然STEREO A在连接良好的位置观察到SEP事件的预期特征，但STEREO B在事件的早期阶段检测到近相对论电子的非常各向异性的双向分布，并位于磁云状结构内。我们检查了STEREO B的双向SEP分布的来源。一方面，这种分布可能是由双注入到MC的两个环腿中引起的。另一方面，入射光束在相对环路支路中反射的镜像情况可能是原因。此外，高能电子观测还被用来探测磁云内部的磁结构。我们表明，STEREO B嵌入在一个MC样结构弹出三天前。我们应用GCS模型的日冕观测从三个角度，以及全球磁云模型在STEREO B的原位测量，以确定的方向和拓扑结构的MC接近太阳和1 AU。我们还估计通过MC传播的电子的路径长度，以估计结构内的磁场线绕组的量。在STEREO B的不同SEPT望远镜中，高能电子的相对强度和时间增加强烈表明，双向电子分布是由SEP分别注入MC的两个环腿形成的，而不是通过在STEREO轨道之外更远的地方镜像形成的。南凯射电日像仪在SEP注入期间对两个不同射电源的观测进一步支持了上述假设。
2016-01-04 physics.space-ph
Reconnection-induced electron energization in magnetospheric Kelvin-Helmholtz dynamics
Centre for mathematical Plasma Astrophysics, Department of Mathematics, KU Leuven（KU鲁汶大学数学系等离子体天体物理学中心）；Royal Belgian Institute for Space Aeronomy（比利时皇家空间气象学研究所）；Department of Physics, University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校物理系）；CNR-ISTP, Bari（意大利国家研究委员会等离子体科学与技术研究所）；Laboratoire Lagrange, Observatoire Côte d’Azur, CNRS（法国国家科学研究中心蔚蓝海岸天文台拉格朗日实验室）；LPC2E, CNRS, Université d’Orléans（奥尔良大学法国国家科学研究中心地球与行星化学实验室）
通过全动力学模拟研究磁层开尔文-亥姆霍兹不稳定性中重联电流片导致的局域电子能量化，发现电子各向异性加热和非热尾分布。
2026-07-27 physics.plasm-ph physics.space-ph
