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
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 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
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
Anomalous Heating and Plasmoid Formation in a Driven Magnetic Reconnection Experiment
我们在准二维脉冲功率驱动的实验室中对磁重联进行了详细的研究。由超音速亚阿尔夫文碳等离子体流（$(V_{in}=50$ km/s）平流输送的反向磁场（$(B=3$ T）在薄电流层（$δ=0.6$ mm）内聚集在一起并相互湮灭。时间和空间分辨的光学诊断，包括干涉测量，法拉第旋转成像和汤姆逊散射，使我们能够确定该层的结构和动力学，流入和流出的性质和详细的能量分配过程中的重连过程。我们测量了高电子和离子温度（$(T_e=100$ eV，$T_i=600$ eV），远远超过了经典（斯皮策）电阻和粘性耗散。我们观察到等离子体团的重复形成和喷射，我们解释为在我们的实验中的双流体效应的证据。
2017-01-25 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
Electron Holes and Heating in the Reconnection Dissipation Region
利用粒子模拟和动力学理论，我们探讨了在三维磁重联与引导场的耗散区的电流驱动的湍流和相关的电子加热。在后期，湍流主要由Buneman不稳定性和低混杂不稳定性控制。两者都产生共存的电子空穴，但具有非常不同的传播速度。空穴对电子的散射增强了耗散区的电子加热。
2010-01-19 astro-ph.SR nlin.PS 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
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
Two-fluid and magnetohydrodynamic modelling of magnetic reconnection in the MAST spherical tokamak and the solar corona
扭曲磁通量绳普遍存在于空间和实验室等离子体中，通过磁重联使这种磁通绳合并是重组磁场和释放自由磁能的重要机制。并合压缩方案是一种可能的球形托卡马克启动方案，已在Mega托卡马克球形托卡马克MAST上得到应用。两个载流的等离子体环或通量绳通过它们的同类电流的相互吸引而彼此接近，并通过磁重联合并成一个单一的等离子体环，并伴随着大量的等离子体加热。报道了该过程的二维电阻MHD和Hall MHD模拟，并给出了离子和电子温度分布的新结果。还描述了基于松弛理论的模型，该模型现在被扩展到紧纵横比几何。该模型允许预测最终的合并状态和加热。的太阳日冕加热的松弛模型的影响进行了讨论，并提出了一个模型的合并两个或多个扭曲的日冕通量绳，允许不同的意义上的扭曲。
2015-07-27 physics.plasm-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
Electron-only reconnection and ion heating in 3D3V hybrid-Vlasov plasma turbulence
本文通过3D3V混合-Vlasov模拟研究磁鞘湍流中的仅电子重联，揭示离子回旋半径在亚离子尺度EMHD状态形成中的关键作用，并量化了不同离子beta下的离子加热效率。
2024-08-02 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
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
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
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
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
High $β$ magnetic reconnection at different altitudes in the cool low solar atmosphere
本文通过数值模拟研究了冷低太阳大气不同高度的高β磁重联，发现等离子体团不稳定性始终加速重联，并揭示了辐射冷却、电子-中性碰撞磁扩散、双极扩散和粘性在不同高度对重联及加热机制的不同影响。
2023-06-14 astro-ph.SR 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
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
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
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
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
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
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
Electron and Proton Heating in Transrelativistic Guide Field Reconnection
低光度吸积流中的等离子体，例如M87中心黑洞或银河系中心Sgr A* 周围的等离子体，预计是无碰撞和双温的，质子比电子热。在这里，粒子加热预计将被控制的磁重联在transrelativistic制度$σ_{w}\sim 0.1$ - $1$，其中的磁化$σ_{w}$是磁能密度等离子体焓密度的比率。通过大规模的二维粒子模拟，我们探讨了一个基准$σ_w=0.1$如何耗散的磁能得到分配之间的电子和质子，作为一个函数的$β_{\rm i}$（质子的热压力比磁压力）和强度的引导场$B_{\rm g}$垂直于反向场$B_0$。在低的$β_{\rm i}\;(\lesssim 0.1)$，我们发现，每粒子的初始磁能转换成电子不可逆热的分数几乎是独立的$B_{\rm g}/B_0$，而质子得到加热少得多的增加$B_{\rm g}/B_0$。结果，对于大的$B_{\rm g} /B_{0}$，电子接收绝大多数不可逆粒子加热（对于$B_{\rm g} /B_{0}=6$，${\sim}93\%$）。这与反平行情况$B_{\rm g}/B_0=0$明显不同，在反平行情况下，电子不可逆加热仅占总粒子加热的${\sim}18\%$。在$β_{\rm i} \sim 2$，当两种物质开始时已经相对论热（对于我们的基准$σ_w=0.1$），电子和质子各自接收不可逆粒子加热的${\sim}50\%$，而不管引导场…
2019-03-09 astro-ph.HE 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
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
Ion and Electron Acoustic Bursts during Anti-Parallel Magnetic Reconnection Driven by Lasers
磁重联在等离子体中将磁能转化为热能和动能。在众多的候选机制，离子和电子之间的相对漂移，或等效的电流驱动的离子声不稳定性，已被建议在耗散的磁能在无碰撞等离子体中发挥关键作用。然而，由于离子朗道阻尼和在实验室中求解德拜长度尺度的困难，它们在重联过程中的存在和有效性还没有得到很好的理解。在这里，我们报告了一个突然发病的离子声脉冲测量集体汤姆逊散射排气反平行磁驱动重联使用高功率激光。离子声脉冲之后是电子声脉冲，伴随着电子加热和体加速。我们重现这些观察与1D和2D粒子在细胞模拟中，电子外流射流驱动离子声学不稳定性，形成双层。这些层诱导电子双流不稳定性，产生电子声脉冲并激发电子。我们的研究结果表明，离子和电子声学动力学在重联时，离子朗道阻尼是无效的，适用于一系列的天体物理等离子体，包括近地空间，恒星耀斑，和黑洞吸积引擎的条件的重要性。
2023-03-29 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
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
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 Partition of Thermal and Nonthermal Particles in Magnetic Reconnection
本文研究磁重联中热与非热粒子的能量分配，发现相对论性重联中非热能占比可超90%，引导磁场增强会抑制非热加速；非相对论性重联中中等弱引导场可提升非热加速效率。
2023-02-27 astro-ph.HE physics.plasm-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
Magnetic reconnection in plasma under inertial confinement fusion conditions driven by heat flux effects in Ohm's law
在强激光与固体密度等离子体相互作用过程中，存在着多种产生强磁场的机制。这样的领域随后抑制或重定向电子流，但可以自己平流的热通量，导致在复杂的相互作用之间的热传输和磁场。我们表明，加热多个激光点重新连接的磁场线可以发生，介导的这些热通量，使用一个完全隐式的二维伏拉索夫-福克-普朗克代码。在这样的条件下，重联率由热流而不是阿尔夫维尼克流决定。我们发现，这种机制是唯一相关的高$β$血浆。然而，霍尔参数$ω_c τ_{ei}$可以很大，使得热传输被这些磁场强烈地修改，这可以影响系统中更长时间尺度的温度均匀性和离子动力学。
2015-07-13 physics.plasm-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
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
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
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
Observational Evidence of Magnetic Reconnection in the Terrestrial Foreshock Region
前震中的电子加热/加速对弓形激波动力学非常重要，通过前震中的电子加热/加速，电子可以在遇到弓形激波之前被激励超过热能。然后这些电子会更容易被注入到一个过程中，比如扩散冲击加速。人们提出了许多机制来解释前震中电子的加热/加速。磁重联是一个可能的候选者。利用磁层多尺度任务，我们分别在黎明侧和黄昏侧离子前震区呈现了两个磁重联事件。在亚离子尺度电流片中观察到超阿尔夫文电子流出、电子和离子的退磁以及电子在垂直于磁场的平面内的新月形分布。此外，强烈的能量转换，从领域的等离子体和显着的电子温度提高观察。我们的观测提供了直接的证据，磁重联可以发生在前震区和加热/加速电子。
2021-09-24 astro-ph.EP 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
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
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
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
Conservation of writhe helicity under anti-parallel reconnection
重连是许多科学领域的基本事件，从经典和量子流体中的涡旋的相互作用，磁流体力学和等离子体物理中磁通量管，到聚合物物理和DNA生物学中的重组。利用拓扑流体力学的基本结果，可以根据扭振和扭转的贡献计算磁通管的螺旋度。在这里，我们表明，扭转是保守的反平行重联。因此，对于一对相互作用的通量相等的通量管，如果重新连接的管的扭曲是相互作用的管的原始扭曲的总和，那么在重新连接期间螺旋度是守恒的。因此，螺旋度守恒的任何偏离都完全是由于在重连位点局部插入或删除的内在扭曲。这一结果具有重要的影响，在各种物理环境中的螺旋度和能量的考虑。
2014-10-14 math-ph math.MP physics.bio-ph
Shocks and Thermal Conduction Fronts in Retracting Reconnected Flux Tubes
我们提出了一个模型的等离子体加热产生的时间依赖性，空间局部重联内的耀斑电流片分离歪斜的磁场。重联产生了新的连通性的通量管，这些通量管随后以阿尔夫维尼奇的速度从重联点缩回。加热发生在这些管内发展的气体动力冲击中。在这里，我们提出了广义薄通量管方程的动力学重新连接的通量管，包括压力驱动的并行动力学以及温度相关的，各向异性的粘度和热导率。在日冕条件下，通过对这些方程的数值解，研究了埋在均匀、倾斜磁场中的磁管在补丁重联后的演化。即使在安静的日冕中，粘性和导热性可以忽略不计，但在重新连接的通量管中压缩等离子体所产生的强烈气体动力学冲击会沿管产生大的速度和温度梯度，从而使扩散过程占主导地位。它们决定了冲击波的厚度，使其发展到一个稳定的状态值，尽管在耀斑所涉及的短时间内可能达不到这个条件。对于实际的日冕参数，这种稳态激波厚度可能与整个通量管一样长。对于在低普朗特数下的强烈激波，典型的日冕，气体动力学激波包括一个等温的子激波，所有的压缩和冷却发生，之前是一个热锋，温度升高，大部分的加热发生。我们估计每个子区域的长度和它们的传播速度。
2010-06-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph
