Relativistic Asymmetric Reconnection
我们推导了一般情况下的非对称流入条件下的相对论性磁重联的基本标度方程，并得到了流出洛伦兹因子和重联率的预测。动力学Particle-in-Cell模拟表明，流出速度以及非热谱指数受到流入的等离子体的约束，每个粒子的磁能较弱，与标度预测一致。这些结果对于理解磁主导的天体物理系统中重联的非热发射具有重要意义，其中许多系统在本质上可能是不对称的。结果提供了一个定量的方法，包括在相对论制度的重联不对称性。
2022-05-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulation study of the scaling of asymmetric magnetic reconnection with in-plane flow shear
我们研究了同时含有非对称（反平行）磁场、非对称等离子体密度和温度以及上游区域任意面内等离子体流的系统中的磁重联。这样的配置在地球磁层顶的高纬度地区和托卡马克中很常见。我们调查的对流速度的X-线，缩放的重连率，和条件的流动抑制重连作为上游流速的函数。我们使用二维粒子模拟来捕捉流出区域中的等离子体的混合，比流体建模更好。我们进行模拟与不对称的磁场，模拟与不对称的密度，模拟与磁停参数，两者都是不对称的。对于低于预测截止速度的流速，我们发现与Doss等人提出的理论有很好的比例一致性，J.~ Geophys.~结果：120，7748（2015）。行星磁层，托卡马克，和太阳风的应用进行了讨论。
2016-07-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
The effects of strong temperature anisotropy on the kinetic structure of collisionless slow shocks and reconnection exhausts. Part II: Theory
对无碰撞斜向传播慢激波的模拟表明，存在与临界温度各向异性相关的转变，即δ =1-μ_0（P_parallel-P_vertical）/ B^2 = 0.25（Liu，Drake and Swisdak（2011））。本文基于各向异性流体理论，特别是各向异性导数非线性薛定谔-伯格斯方程，提出了对这种现象的解释，并给出了下游逆流离子能量封闭的直观模型。0.25的各向异性值是重要的，因为它与慢模式和中间模式的简并点密切相关，并且对应于在复合慢激波（SS）/旋转不连续（RD）波内部发生的共面到非共面过渡的下限。这项工作意味着，它是一对复合SS/RD波约束流出的磁重联，而不是一对开关慢冲击Petschek的模型。这一事实可能解释了Petschek重连相关的关闭慢冲击的现场观测的罕见性。
2011-04-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The effects of strong temperature anisotropy on the kinetic structure of collisionless slow shocks and reconnection exhausts. Part I: PIC simulations
设计了一个二维Riemann问题来研究在重联排气边界处形成的慢激波的发展和动力学。对法向磁场与横向上游磁场的变化比率（即，相对于上游磁场的传播角）。当角度足够倾斜时，模拟显示下游区域存在较大的消防软管方向（P_平行>P_垂直）温度各向异性，并伴有从共面慢激波到非共面旋转模式的转变。在下游区域，消防水龙带稳定性参数ψ =1-mu_0（P_parallel-P_vertical）/ B^2趋于锁定在0.25。这种平衡是由逆流离子之间的竞争引起的，逆流离子驱动着湍流下降，而离子惯性尺度波的散射则被下游的旋转波驱动着不稳定。在非常倾斜的传播角，二维湍流也发展在下游区域。
2011-03-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Asymmetric Magnetic Reconnection in Weakly Ionized Chromospheric Plasmas
太阳色球层中磁重联的现实模型必须考虑到等离子体是部分电离的，并且在任何两个经历重联的磁通量束内的等离子体条件可能不相同。当新出现的通量与先前存在的上覆通量相互作用时，色球层中可能发生不对称重联。我们提出了2.5D模拟弱电离的非对称重联，反应等离子体的磁场强度，离子和中性密度，温度是不同的，在每个上游区域。等离子体和中性成分分别演化，以允许非平衡电离。在以前的色球重联模拟中，电流片变薄到中性离子平均自由程的尺度，离子和中性流出强烈耦合。然而，离子和中性流入是不对称解耦的。在磁不对称的情况下，中性粒子从弱场（高密度）上游区域穿过电流片进入强场上游区域的净流动是由中性压力梯度引起的。因此，与外流一起拖曳的中性粒子更有可能来自弱场区域。霍尔效应导致发展的特征四极磁场修改的不对称性，但X点的几何形状预期在霍尔重联不会发生。所有的模拟显示了初始层流阶段后的等离子体团的发展。
2015-04-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Exact Vlasov-Maxwell equilibria for asymmetric current sheets
美国航天局磁层多尺度飞行任务首次对地球磁层顶的非对称磁重联进行了现场扩散区和动力学尺度分辨率测量。目前用于模拟无碰撞非对称重联的主要理论工具是粒子模拟。许多非对称无碰撞重联的粒子模拟都是从一个非对称的哈里斯型磁场开始的，但其分布函数并不是弗拉索夫方程的精确平衡解。我们提出了新的和精确的平衡解的Vlasov-Maxwell系统是自洽的一维非对称电流片，与非对称的哈里斯型磁场的档案，加上一个恒定的非零的引导场。分布函数可以表示为四个移位麦克斯韦分布函数的组合。这种平衡描述了一个磁场配置比以前已知的精确解具有更多的自由度，并具有不同的整体流动特性。
2017-09-08 physics.plasm-ph
On the collisionless asymmetric magnetic reconnection rate
非对称重联中稳态重联电场的预测是通过使重联率最大化作为由上游磁场在弱磁场（磁鞘）侧所作的张开角的函数来获得的。在无碰撞极限下，预测在广泛研究的非对称重联模型[Cassak和Shay，Phys. Plasmas 14，102114，2007]的两倍内，并且它们在宽参数范围内缩放相同。以前的模型有一个自由参数的扩散区的有效纵横比，模拟和观察表明是在0.1的顺序，但本模型没有自由参数。结合对称情况[Liu等人，物理修订信函118，085101，2017]，这项工作进一步表明，这个几乎通用的数字0.1，基本上是归一化的快速重联率，是一个几何因子，由磁流体动力学（MHD）尺度约束内的重联率最大化而产生。
2017-11-17 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
Localized and intense energy conversion in the diffusion region of asymmetric magnetic reconnection
我们分析了磁层多尺度（MMS）任务观测到的磁层顶重联的高分辨率模拟，并解释了强局部耗散的发生，其振幅比预期的大一个数量级以上。不像对称重联，其中重联的环境反向磁场驱动的耗散，我们发现湮灭的自生，平面外（霍尔）磁场起主导作用。电子沿磁鞘分界线流动，在扩散区会聚，并通过X点喷入磁层。由此产生的负电荷的积累产生了强烈的平行电场，沿着磁层分界线喷射电子，并产生场对准的光束。这些特征中的许多与MMS观测结果相匹配。
2018-05-14 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
Asymmetric magnetic reconnection with a flow shear and applications to the magnetopause
我们进行了理论和数值研究的反平行的2D磁重联的密度和重联磁场强度的不对称性，除了在重联领域，这通常发生在行星磁层的平面中的重联网站的整体流剪切。我们预测的速度，一个孤立的X线对流的流量，重联率，并在重联不再发生任意重联磁场强度，密度和上游流速的临界流速，并确认结果与双流体数值模拟。的预测和模拟结果反对现行的重连模型在地球的昼侧磁层顶，说重连发生与一个固定的X线亚阿尔芬磁鞘流，重连发生，但X线之间的阿尔芬速度和两倍的阿尔芬速度的磁鞘流对流，重连不会发生磁鞘流大于两倍的阿尔芬速度。我们发现，X线运动是由动量守恒从上游流，这是不同的加权不对称系统，所以X线对流的一般条件，包括亚阿尔芬上游速度。对于重联率，而对称重联的截止条件是，在重联网站的两侧的流量的差异是两倍的阿尔芬速度，我们发现不对称导致的截止速度为不对称重联是高于两倍的不对称形式的阿尔芬速度。结果比较有利的观测期间向北行星际磁场，重连发生在地球的极尖，尽管磁鞘流动速度的两倍以上的磁鞘阿尔芬速度，以前提出的抑制条件。
2015-09-04 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Asymmetric Magnetic Reconnection in Solar Flare and Coronal Mass Ejection Current Sheets
我们提出了二维电阻磁流体动力学模拟的线束缚非对称磁重联的背景下，太阳耀斑和日冕物质抛射电流片。重联过程是不对称的沿流入方向，通过允许初始上游磁场强度和密度不同，并沿流出方向放置的初始扰动附近的导电壁边界，代表光球。当上游的磁场是不对称的，耀斑后的环结构被扭曲成一个特征歪斜的蜡烛火焰形状。因此，模拟可以用来提供约束后耀斑环的重联不对称性。预计在弱磁场一侧的足点处会发生更多的硬X射线发射，因为高能粒子在那里比在强磁场足点处更有可能逃离磁镜。弱磁场侧的足点预计移动得更快，因为在两个维度上的要求是，必须从每个上游区域重新连接等量的通量。在所有具有非对称流出的模拟中，X线远离导电壁漂移，并且在具有非对称流入的大多数模拟期间，X线漂移到强磁场区域中。流入和流出方向的X线上均存在净血浆流。重联排气直接远离阻塞壁是显着快于排气直接对it.The不对称的流入条件允许净涡在上升流出等离子体团，这将出现作为围绕磁通绳轴的滚动运动。
2012-04-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Orientation of x-lines in asymmetric magnetic reconnection - mass ratio dependency
利用全动力学模拟，我们研究了非对称位形中磁重联的x线取向。一个空间局部扰动诱导一个单一的x线，有足够的自由度来选择其在三维系统中的方向。离子与电子的质量比的影响进行了研究，和x线出现平分的磁剪切角在大的质量比限制的电流片。通常可以通过扫描相应的2D模拟来推导取向，以找到使峰值重联电场最大化的重联平面。在质量比下限时偏离对分角的现象可以用撕裂不稳定性的物理机制来解释。
2015-04-13 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Composition-asymmetric and sheared relativistic magnetic reconnection
本研究首次模拟组分不对称且受剪切作用的相对论性磁重联，发现其由低磁化强度侧驱动，降低电子加速效率，但可能促进黑洞喷流-盘边界的等离子体混合与粒子注入。
2024-09-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
On the electron dynamics during island coalescence in asymmetric magnetic reconnection
本文分析了非对称磁重联中快速岛合并过程中的电子动力学。考虑了具有两个非对称跃迁的双周期系统。上层是一个不对称的哈里斯片最初扰动，以促进一个单一的重联网站。下层是一个切向不连续性，促进了许多X点的形成，这些点被快速合并的岛屿分开。在这两层中，磁场和密度都有很强的跳跃，但压力保持不变。我们的分析集中在岛合并过程中的电子碰撞的后果。我们首先集中在电子温度的平行和垂直分量，以建立可能的各向异性和非陀螺的存在。由于模拟的两个不同层之间的直接比较，我们可以区分三个不同感兴趣区域的三种主要类型的行为特征。第一种类型代表传统的不对称重连发生的地区，不涉及岛屿合并。第二种类型的区域显示了两个合并岛屿之间的重连事件。最后，第三个区域确定了两个发散岛之间的区域，在那里没有观察到典型的重联信号。在这些后者的区域中的电子还显示出平顶分布，这是由来自两个最近的重连点的两个相互作用的电子束产生的双流不稳定性的饱和引起的。最后，对无磁致伸缩的分析表明，在面向高磁场区域的下侧存在着明显的双层结构。发现的三种类型的区域调查的显着特点提供了明确的指标，最近推出的MMS美国宇航局的任务，调查磁层顶重连涉及多个岛屿。
2015-11-18 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Laboratory observation of plasmoid-dominated magnetic reconnection in hybrid collisional-collisionless regime
磁重联是磁场拓扑结构的断裂和重组，是宇宙中普遍存在的将磁能快速释放到等离子体粒子中的基本过程。在大多数自然情况下，重联层两侧的等离子体性质是不对称的，特别是对于与密度和温度的组合相关联的碰撞率，并严格确定重联机制。迄今为止，所有关于磁重联的实验室实验都局限于纯碰撞或无碰撞的范围。在这里，我们报告了一个精心设计的实验研究非对称磁重联在一个新的混合碰撞-无碰撞制度之间的相互作用的激光烧蚀铜和CH等离子体。我们发现，在这样的混合政权的撕裂不稳定性的增长率仍然是非常大的，导致在快速形成多个等离子体团，低于在纯粹的无碰撞政权，但远高于碰撞的情况下。此外，我们还首次利用高分辨质子照相技术直接观测到了等离子体团主导的磁重联的拓扑演化全过程。
2022-02-25 physics.plasm-ph
Dressing effects in laser-assisted ($e,2e$) process in fast electron-hydrogen atom collisions in an asymmetric coplanar scattering geometry
该研究针对氢原子快电子激光辅助（e,2e）电离碰撞，构建半微扰理论框架得到不同偏振下的三重微分截面公式，验证了解析结果与数值计算的一致性，明确原子靶缀饰对电离过程的显著影响。
2023-06-14 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Orientation and stability of asymmetric magnetic reconnection x-line
采用三维粒子模拟方法研究了非对称几何条件下重联x线的取向和稳定性。我们在一个大的模拟域的中心启动重连，以尽量减少边界效应。所得到的x线具有足够的自由度以沿着最佳方向发展，并且其保持层状。伴随的2D模拟表明，这种x线方向最大化的重新连接率。非旋向压力张量的发散打破了冻结条件，与其二维对应物一致。然后，我们设计三维模拟，其中一个维度很短，以固定x线方向，但足够长，以允许增长最快的斜撕裂模式的增长。这个数值实验表明，重联往往辐射二次倾斜撕裂模式，如果它是外部（全球）被迫进行沿本地物理不赞成的方向。斜结构的发展容易导致小周期系统内部的湍流。
2018-05-20 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Asymmetric evolution of magnetic reconnection in collisionless accretion disk
利用2.5维混合程序模拟研究了无碰撞吸积盘中磁重联的演化。在天体物理盘中，磁旋转不稳定性（MRI）被认为通过在盘中产生湍流而发挥重要作用，并通过湍流粘性有助于有效的角动量输运。另一方面，磁重联通过MRI的发电机效应增强的磁场的耗散对盘的演化也起着重要作用。在这项研究中，我们开发了一个混合代码来计算差分旋转系统的演变。有了这个代码，我们首次证实了MRI的线性增长。我们还研究了一种特殊结构的电流片，这将存在于磁盘中的湍流的行为。通过对磁重联的计算，我们发现在重联的演化过程中，面外磁场中存在一种非对称结构，这种非对称结构可以用霍尔效应和微分转动的耦合来解释。我们还发现了X点的迁移，其方向仅由J_0 \times Ω_0的初始符号决定，其中J_0是中性片中的初始电流密度，Ω_0是背景开普勒旋转的旋转矢量。与X点的迁移相关，我们还发现与普通MRI相比，垂直磁场显著增强。磁共振-磁重联耦合和由此产生的磁场增强可以是维持吸积盘中强湍流和角动量输运的有效过程。
2014-07-02 astro-ph.EP physics.plasm-ph
North-South asymmetric Kelvin-Helmholtz instability and induced reconnection at the Earth's magnetospheric flanks
本文对行星际磁场主要向北变化期间地球磁层侧翼磁层顶的等离子体动力学进行了三维研究。双流体模拟表明，在磁层顶的初始磁剪切和动力学本身所造成的磁力线弯曲（在作为侧面磁层顶的属性的代表采取的配置）影响的位置，开尔文-亥姆霍兹（KH）不稳定性和诱导的磁重联发生和它们的非线性发展。KH涡旋相对于地球赤道面不对称地发展，当地KH线性增长率最大。涡驱动的重联过程发生在不同的纬度，从赤道平面到中纬度地区，但只有在半球，原来是不太KH不稳定。这些结果表明，KH诱导的重连不限于特定区域周围的旋涡（内，下或上），但可能会触发在一个广泛的和连续的范围内的位置附近的旋涡。
2018-05-03 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Spreading of magnetic reconnection by electron scale dispersive waves
我们表明，在电子尺度上的补丁的局部磁重联传播双向的波浪状的时尚时，外部引导磁场的方向上的电子电流存在。扩散是由流致和哨声波模式远离局部斑块的传播引起的。对于小的引导场，扩展是不对称的，在电子流的方向上更快。在增加的引导字段，扩展变得越来越对称，由于在确定的扩展速度的哨声组速度的主导地位。重联的波状扩展导致重联平面中X点和O点的交替形成，所述重联平面被重联波的一半波长分开。
2016-12-29 physics.plasm-ph
Flow Crossover and Parallel Outflow during Collisionless Magnetic Reconnection
该研究借助标记粒子来源的PIC模拟，揭示无碰撞磁重联中两侧入流交叉越过中平面并形成平行出流的普遍机制。
2025-09-29 physics.plasm-ph
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
A new Look at the Electron Diffusion Region in Asymmetric Magnetic Reconnection
本文对无碰撞磁重联中电子扩散区的结构作了新的研究。该研究基于非对称磁重联的粒子模拟，其中除了密度和磁场梯度之外，还包括穿过电流层的温度梯度。我们发现X点、流动停滞点和局部电流密度峰值都不重合。对流滞点和电流密度峰值附近的电流和能量平衡分析一致地表明，电流耗散与非各向异性电子压力的发散有关。此外，当与电子流速的剪切型梯度结合时，相同的压力项也用于保持局部热能以防止对流损失。这些效应与对称磁重联中的效应相似。此外，我们在这里发现显着的影响有关的对流的电流，我们可以涉及到一个广义的抗磁漂移的nongyrotropic压力发散。因此，只有部分压力用于耗散电流密度。然而，先前的结论，即重联电场的作用是保持电流密度，这是一个对称的系统，在这里也适用。最后讨论了EDR中电子分布函数的相关特征。
2020-07-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Extreme Ultraviolet Imaging of Three-dimensional Magnetic Reconnection in a Solar Eruption
磁重联是磁场连通性的变化，是磁能爆发性释放的基本物理过程。它是宇宙中各种爆发现象的原因。然而，这个过程很难直接观察。在这里，磁拓扑结构与太阳重联事件的研究在三维（3D）使用两个航天器的组合视角。极紫外（EUV）图像序列清楚地表明，两组方向相反且不共面的磁环逐渐相互接近，形成分离器或准分离器，然后重新连接。随后将重连位点附近的等离子体从$\sim$ 1加热至$\ge$ 5 MK。不久之后，温暖的耀斑环（$\sim$ 3 MK）出现在热等离子体下面。重连的其他观测特征，包括等离子体流入和下降流，明确揭示和定量测量。这些观测结果为三维位形中的磁重联提供了直接证据，并揭示了它的起源。
2015-06-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron dynamics surrounding the X-line in asymmetric magnetic reconnection
利用二维粒子模拟方法研究了磁悬浮型非对称重联中X线周围的电子动力学。我们研究了X线附近三个特征区域的电子性质。的流体性质，速度分布函数（VDFs），和轨道进行了研究和交叉比较。在X线的磁层侧，法向电场增强了来自磁鞘侧的电子的弯曲运动。该运动导致电子VDF中的新月形分量，与最近的研究一致。在X线的磁鞘侧，磁场线在第三维中被拉伸，其曲率半径与典型的电子拉莫尔半径相当。电子的运动变成非绝热的，因此电子的理想性就不再成立了。在流出区的中部附近，电子的非理想性与非绝热运动的区域一致。最后，我们引入了有限时间混合分数（FRENT）来评估电子混合。F线标志着X线的磁层一侧，非理想的能量耗散发生在那里。
2017-05-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic Reconnection with Asymmetry in the Outflow Direction
流出方向不对称的磁重联发生在地球的磁尾、日冕物质抛射、通量抵消事件、天体物理盘、球马克合并实验以及自然界和实验室的其他地方。控制体积分析的情况下，进行稳定的反平行磁重联与不对称的下游压力，这是用来推导出的比例关系的流出速度从每一侧的电流片和重联率。对于不可压缩的情况和下游压力对称但下游密度不对称的情况，给出了流出速度的简单关系式。单独的不对称性并没有被发现对重连率有很大影响。在稳定状态下，流动停滞点和磁场零点不重合，除非在流动停滞点处的压力梯度可以忽略。
2009-12-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Regulation of the Normalized Rate of Driven Magnetic Reconnection through Shocked Flux Pileup
磁重联的地球重联实验（TREX）的非对称流入条件下，并在配置中的绝对率的重联是由外部驱动器。磁堆积增强了高密度流入的上游磁场，导致上游阿尔芬速度增加，并有助于将归一化重连率降低到理论考虑的预期值。此外，观察到远上游超音速等离子体流入和磁通量堆积区域之间的激波界面，这对系统的整体力平衡很重要，从而证明了包括超音速驱动流入的配置的激波形成的作用。尽管专门的几何形状，其中一个强大的重连驱动器应用从重连层的一侧，以前的数值和理论结果仍然强大，并显示出准确预测的归一化率的重连的范围内考虑的系统尺寸。该实验的重连率取决于系统尺寸，在应用的最小归一化系统尺寸下达到高达0.8的值。
2021-04-23 physics.plasm-ph
Observation of a Knotted Electron Diffusion Region in Earth's Magnetotail Reconnection
Boston University（波士顿大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；NASA, Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；Auburn University（奥本大学）
研究发现地球磁尾电流片中存在非共面的结状电子扩散区，揭示了三维效应及电子与离子扩散区在重联过程中的多尺度耦合复杂性。
2025-07-14 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Capturing Secondary Kinetic Instabilities in Three-Dimensional Dayside Reconnection Using an Improved Gradient-Based Closure
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
本研究利用改进的梯度基闭合模型，通过模拟2015年MMS事件，提升了对三维日侧重联中二次动能不稳定性及湍流生成的捕捉能力。
2026-02-18 physics.plasm-ph
An Experimental Platform for Pulsed-Power Driven Magnetic Reconnection
我们描述了一个通用的脉冲功率驱动平台的磁重联实验，爆炸线阵列驱动的并行[Suttle，L。G.等人PRL，116，225001]。该平台在发生器电流脉冲（250 ns）的持续时间内产生固有磁化的等离子体流，从而产生持久的重连层。该层存在的时间足够长，可以通过一套高空间和时间分辨率的基于激光的诊断来诊断等离子体团形成和运动等复杂过程的演变。我们可以通过改变导线材料或移动导线阵列内的电极来获得广泛的磁重联机制。我们目前的结果与铝和碳线，其中的参数的流入和形成的层是显着不同的。通过移动导线阵列内的电极，我们改变了流入的驱动强度。这使我们能够研究对称重联在一系列不同的制度，和非对称重联。
2018-01-12 physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection on a Klein Bottle
本文提出一种基于克莱因瓶拓扑的磁重联模拟新边界条件，其计算成本低于周期边界，重联磁通量多于导电边界，且无需外部假设，但仅适用于对称上游等离子体。
2024-07-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron-scale energy transfer due to lower hybrid waves during asymmetric reconnection
本文利用MMS任务数据研究磁层顶重联期间低杂漂移波引起的电子尺度能量转移，发现波与电子动态相互作用将净能量传递给电子，从而耗散密度梯度积累的过剩内能并影响电子温度分布。
2025-04-03 physics.plasm-ph physics.space-ph
On magnetic reconnection as promising driver for future plasma propulsion systems
这项工作提出了一个更详细的分析过程中的磁重联作为有前途的离子束加速器的机制，在实验室等离子体的可能应用，更重要的是，在等离子体推进领域。在以前的工作中，已经对这个问题进行了介绍性研究，但采用了相关的近似方法，例如限制为2.5D模拟，特别是使用氢等离子体作为推进剂，其元素在实际情况中很少被考虑。此外，分析主要集中在研究结果的物理内容上，而忽略了对更重要的工程量的分析，例如这些系统有效达到的质量流量和推力。通过这项工作，我们打算填补这些空白，以提供进一步的见解，以巨大的潜力，未来的技术基础上磁重联。此外，可能的限制特征之一是重连过程产生的不可避免的对称流出。在所有可能采用的解决方案中，我们在这里提出了一个解决方案，根据初始密度分布进入重联区的粒子行为的基础上。我们证明了一个显着的净推力值可以通过建立一个纵向不对称的密度分布与相关的下降梯度。
2018-07-30 physics.plasm-ph
New Measure of the Dissipation Region in Collisionless Magnetic Reconnection
提出了一种新的识别无碰撞磁重联中小尺度耗散区的方法。在电子静止坐标系中，从电磁场到等离子体的能量转移被表述为洛伦兹不变标量。在典型的配置：对称和不对称的重联，有和没有引导字段的二维粒子在细胞中的模拟测试的措施。在所有情况下，重连位点周围的最内部区域都被精确定位。我们进一步讨论了非理想MHD耗散的影响。
2011-05-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic Simulations Verifying Reconnection Rates Measured in the Laboratory, Spanning the Ion-Coupled to Near Electron-Only Regimes
重联率表征了通量和质量进入和离开重联区域的速度。在地面重联实验（TREX）中，反平行不对称重联发生的速率是由激波和高密度入流中的通量堆积区域的存在所调制的。利用广义哈里斯片几何的模拟已经初步显示出与TREX测量的重连率缩放相对于系统大小的协议，这是从离子耦合到电子只重连的过渡的指示。在这里，我们提出了模拟量身定制，以重现特定的TREX几何形状，这既确认了重连率规模，以及冲击跳跃条件下，先前在TREX实验特征。模拟还建立了与TREX驱动线圈的膨胀相关的背景等离子体的重连层和Alfvénic膨胀之间的相互作用;这种相互作用尚未在实验中观察到。
2022-10-10 physics.plasm-ph physics.space-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
Impact of the Out-of-Plane Flow Shear on Magnetic Reconnection at the Flanks of Earth's Magnetopause
本研究利用动理学模拟探讨了面外流剪切对地球磁层顶侧翼非对称磁重联的影响，发现其能提高重联率和能量转换率，且昏侧效应强于晨侧。
2024-09-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Effects of magnetic shear and thermodynamic asymmetry on spontaneous MHD magnetic reconnection
利用二维磁流体动力学模拟方法研究了在一般情况下（具有关于电流片和磁剪切的热力学不对称性）磁重联的自发演化.我们专注于时间演化的渐近状态，即，自相似膨胀阶段（Nitta et al. 2001）。1)一个长的快模式冲击产生在前面的较短的等离子体团在剪切无磁不对称的情况下，然而，剪切的磁分量削弱了冲击。这种快速冲击波可能是粒子加速场。2)较短的等离子体团侧等离子体浸润较长的等离子体团横跨电流片。然后，来自电流片两侧的等离子体在较长的等离子体团中共存于相同的磁场线上。这可导致有效的等离子体混合。3)热力学不对称性和磁剪切使重联率大幅度降低了许多数量级。
2022-06-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On the Electron Agyrotropy during Rapid Asymmetric Magnetic Island Coalescence in Presence of a Guide Field
本文分析了在有无引导场的非对称重联中，电子速度分布在岛合并过程中的性质。在先前的研究中，在没有引导场的情况下，确定了三个主要结构域，即具有不同重连演变的X-、D-和M-区域（Cazzola等人，2015）。这些区域在这里也在具有引导场的情况下被标识。我们研究了偏离各向同性和gyrotropic行为通过不同的鲁棒检测算法在文献中提出的。虽然在没有引导场的情况下，这些指标显示出总体一致性，但当引导场存在时，观察到一些相关区域内的无旋性差异，例如在分界线和磁岛内部。此外，根据多尺度磁球任务的新观测结果，分析了这些域中的电子速度相空间。
2016-08-02 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Spontaneous reconnection at a separator current layer. I. Nature of the reconnection
磁分离器位于四个拓扑不同的通量域之间的边界上，是三维磁场中重联的主要位置，特别是在行星和行星际磁场之间的磁层中以及在太阳大气中。分离器重联的细节还知之甚少，因此本文的目的是研究单个分离器上的磁重联特性。三维，电阻磁流体动力学数值实验研究分离器重联从磁流体静力学平衡，其中包含一个扭曲的电流层沿一个单一的分离器连接一对相反极性的零点。由此产生的重连分两个阶段发生。第一种是涉及快速重连的短路，其中分离器处的电流减小约2.3倍。大部分（$75\%$）磁能在此阶段通过欧姆耗散直接转化为内能，只有$0.1\%$转化为动能。在这个阶段，重联发生在分离器的大部分远离其端部（零），但在一个不对称的方式，随着时间的推移，在空间和时间上的变化。第二个阶段要长得多，涉及缓慢的脉冲突发重连。再次，欧姆加热优于粘性阻尼。在这里，重新连接发生在小的局部突发随机任何地方沿分离器。
2016-01-28 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Imaging coronal magnetic-field reconnection in a solar flare
磁场重联被认为在整个宇宙1的磁化等离子体系统中发挥着重要作用，包括行星磁层、磁星和黑洞周围的吸积盘。这封信提出了极紫外线和X射线观测的太阳耀斑显示磁重联与清晰的水平，以前没有实现。SDO/AIA的多波长极紫外观测显示，流入冷环和新形成的流出热环，正如预测的那样。RHESSI X射线光谱和图像同时显示了在预期位置加热到>10 MK的等离子体的外观。这两组数据提供了磁重联产生太阳耀斑的确凿证据，验证了流行的耀斑模型的基本物理机制。然而，也观察到了一些新的特征，需要包括在重联和耀斑的研究，如三维非均匀，非稳态和不对称的演变。
2015-02-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Detection of current-sheet and bipolar ion flows in a self-generated antiparallel magnetic field of laser-produced plasmas for magnetic reconnection research
利用光学诊断方法研究了激光产生的磁化等离子体中的磁重联。磁场通过比尔曼电池效应产生，并且反向磁场线彼此相互作用。自发射测量表明，两个碰撞等离子体停滞在一个中平面上，形成两个平面密集区，它们相互作用的时间较晚。激光汤姆逊散射谱在自生磁场方向上发生畸变，表明离子速度分布和等离子体加速不对称。此外，垂直于磁场的光谱显示不同的峰强度，表明电子电流的形成。这些结果被解释为磁场耗散、重联和外流加速。双向激光汤姆逊散射，如这里所讨论的，是一个强大的工具，在重联区域的微观物理研究。
2022-09-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Turbulence in Three-Dimensional Simulations of Magnetopause Reconnection
我们详细分析了在磁层顶磁重联的三维粒子模拟中观察到的湍流。这些参数代表了磁层多尺度（MMS）任务中遇到的电子扩散区。湍流被发现开发周围的磁性X线和separatrices，是电磁的性质，其特征在于波矢量$k$由$kρ_e\sim(m_eT_e/m_iT_i)^{0.25}$与$ρ_e$的电子拉莫尔半径，并出现了离子压力梯度作为其自由能的来源。总之，这些结果表明，不稳定性是一个变种的低杂波漂移不稳定性。湍流在面外方向（重联电场的方向）上产生电场波动，其幅度约为$\pm 10$ ~mV/m，这远大于约为$0.1$ ~mV/m的重联电场。在MMS数据中已经识别出平面外电场的如此大的值。模拟中的湍流控制了非对称重联中密度分布和电流层的标度长度，使它们比2-D重联模拟中看到的$ρ_e$或$d_e$标度更接近$\sqrt{ρ_eρ_i}$，并在电子扩散区产生显著的异常电阻率和粘度。
2018-05-03 physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic Flux Transport Identification of Active Reconnection: MMS Observations in Earth's Magnetosphere
磁重联在改变磁场拓扑结构的同时，对能量转换起着重要的作用。这个过程发生在不同的等离子体环境中，其中磁通量的传输是固有的。在原位观测中识别活跃的磁重联位点是具有挑战性的。磁通量输运（MFT）分析是近年来发展起来的一种新技术，它能有效、准确地识别主动重联。在这项研究中，我们研究的MFT过程中，在37个以前报道的电子扩散区（EDR）/重连线交叉事件在向阳面磁层顶和磁尾和湍流磁鞘使用磁层多尺度测量。X点处共存的向内和向外MFT流提供了磁场线断开和重新连接的特征。现场观测的MFT分析的应用表明，MFT可以成功地识别活跃的重联网站在复杂的变化条件下，包括不对称和湍流上游条件。它还提供了比单独的血浆流出射流更高的识别率。MFT可用于单航天器和多航天器飞行任务以及实验室实验的现场测量。
2022-03-13 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Investigating the Kinetic Effects on Current Gradient-Driven Instabilities of Electron Current Layers via Particle-in-Cell Simulations
本研究通过二维粒子网格模拟，发现有限电子温度通过增大电子拉莫尔半径稳定撕裂模，但增强表面保持模的增长率，并识别出混合模式，为无碰撞磁重联提供新见解。
2025-01-24 physics.plasm-ph
Electron cyclotron maser instability (ECMI) in strong magnetic guide field reconnection
在强电流取向的磁引导场中的重联允许激发电子回旋脉塞的不稳定性并从{ \sf X}点的电子排气中发射电磁辐射。引导场中的电子保持磁化，重联几乎不受影响。引导场负责{ \sf X}点和排气的非对称特性。电子布居的不对称性导致有利于ECMI的条件。引导场回旋加速器下的基本任务类似于其他地方讨论的电子空穴发射。它可以在适当的排气坐标系中进行处理，并映射出与排气一起沿引导场运动时的局部磁场。可以想象这种机制的许多应用。我们提出了一个大纲的机制，并讨论了它的一些优点和前景。潜在的应用包括极光物理学中的AKR、耀斑期间的各种太阳射电发射、行星发射和涉及强场和场向电流存在的几种天体物理学情景。辐射从{ \sf X}逃逸是没有问题的。然而，从远程观测需要穿越X模式的阻带，并意味着源位移到较弱的领域。
2017-07-27 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
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
Generation of Alfvénic Waves and Turbulence in Reconnection Jets
考虑霍尔效应和引导磁场的影响，研究了局域体流平行于中性面时磁流体动力学线性稳定性。我们观察到三种不同的不稳定模式：“流撕裂”模式在低速流动速度，“流香肠”模式在中等流速，和“流扭结”模式在快速流动速度。流撕裂模和香肠模具有标准的撕裂模结构，在中性层中具有对称的密度波动，而扭结模具有不对称的波动。流撕裂模式的增长率随磁雷诺数的增加而减小，而香肠和扭结模式的增长率并不强烈依赖于雷诺数。当波瓣密度较低时，香肠模式和扭结模式不仅对于超阿尔夫文流动而且对于亚阿尔夫文流动都是不稳定的。这些不稳定模式的波长与等离子体片的厚度具有相同的数量级。在强引导磁场作用下，香肠模和扭结模的增长速率增强，而在弱引导磁场作用下，香肠模和扭结模的增长速率受到抑制。对于具有霍尔效应的薄等离子体片，在等离子体片上可以存在流动模式的波动。这些不稳定模可以看作是磁重联过程中等离子体片中产生Alfvénic湍流的过程之一。
2015-05-18 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
The magnetic structure of surges in small-scale emerging flux regions
目的：探讨小尺度活动区形成过程中浪涌与磁重联的关系。特别是，研究如何大规模的几何形状的磁场，形状不同阶段的重联，引导流动的浪涌。方法：我们提出了三个通量涌现模型。第一个模型，也是最简单的模型，由一个进入水平环境场的区域组成，该水平环境场最初平行于该区域的顶部。第二个模型与第一个模型相同，但有一个额外的更小的新兴区域，它扰动了主区域。这是为了创建一个更复杂的磁拓扑结构，并测试与第一个模型相比，这如何使浪涌的发展复杂化。最后一个模型具有非均匀的环境磁场，以模拟太阳黑子场附近的出现的影响，并通过环境磁场对系统施加不对称性。在每个阶段，我们跟踪磁拓扑结构，以确定重联的位置。这允许从不同的拓扑区域绘制场线，突出它们的几何形状如何影响浪涌的发展。结果：在第一个模型中，我们确定了不同阶段的重新连接。每个相位与磁场的特定几何形状相关联，这决定了浪涌的路径。第二个模型遵循与第一个相似的模式，但具有更复杂的磁性拓扑结构和额外的喷发。第三个模型强调了如何不对称的环境场可以导致在首选的位置重新连接，随后引导浪涌的方向。
2015-02-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-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
Drift Turbulence, Particle Transport, and Anomalous Dissipation at the Reconnecting Magnetopause
利用全动力学三维模拟，在地球磁层顶的非对称电流片的重联动力学检查。等离子体参数选择模型MMS磁层顶扩散区域的交叉点与引导字段的0.1，0.4，和1的重连磁鞘场。在每一种情况下，强烈的漂移波波动，在低混合频率范围内的陡峭的密度梯度磁层分界线。这些波动引起交叉场电子粒子输运。此外，与2D模拟相比，这种湍流混合导致显著增强的电子平行加热。我们研究了三种不同的方法量化的漂移波动产生的异常耗散，空间平均，时间平均，时间平均，然后沿磁场线集成的基础上。不同方法的比较揭示了识别和测量异常耗散的复杂性。然而，从短波长漂移波动的异常耗散似乎弱的每一种情况下，在3D中观察到的重联率几乎是相同的，在2D模型。3D模拟具有许多有趣的新特征，这些特征与最近的MMS观测结果一致，包括渗透到较热磁层流入的磁鞘电子冷束，在总密度增加的区域中降低温度的相关观测，以及与准线性理论预测一致的有效湍流扩散系数。
2018-05-02 physics.plasm-ph
Implosive collapse about magnetic null points: A quantitative comparison between 2D and 3D nulls
磁流体坍缩是一种内爆过程，其中MHD波将其能量集中在零点附近，形成电流片并引发磁重联。我们认为，第一次，崩溃的情况下，三维磁零点在非线性，电阻MHD使用数值模拟，探索系统的关键物理方面，以及进行详细的参数研究。我们发现，在一个特定的平面内包含的3D零，等离子体和电流密度的增强所造成的崩溃是定量和定性的每2D的情况下，在线性和非线性崩溃制度。然而，缩放与电阻率的3D重联率-这是一个全球性的量-被发现是不太有利的磁零点是更旋转对称时，由于增加的磁背压的作用。此外，我们发现，随着周围的等离子体压力的增加，崩溃可以节流，是二维零的情况下。我们讨论了这种压力限制的背景下，在太阳大气中的快速重联，并提出了机制，它可以被克服。我们还讨论了零崩溃的背景下，振荡重联，时间相关的重联机制的触发机制的结果的影响，也在更广泛的主题波零点相互作用。我们的结论是，在一般情况下，越来越多的旋转非对称零将是更有利的磁能释放通过零崩溃比他们更对称的同行。
2018-02-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
