On the tearing instability of highly elongated current sheets
Grigory Vekstein
撕裂不稳定性的严格理论在数学上是相当复杂的。因此，本说明的目的是证明他们的主要结果可以复制一个简单的定性分析各自的磁流体动力学（MHD）方程。
Rigorous theories of the tearing instability are mathematically quite involving. Therefore, the present note aims to demonstrate how their main results can be reproduced by a simple qualitative analysis of the respective magnetohydrodynamic (MHD) equations.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
On the Hall-mediated resistive tearing instability of highly elongated current sheets
本文全面描述了电阻撕裂不稳定性的双流体模型中涉及的各种制度。这些包括两个新的制度，这种不稳定性，这对应于长波模式，可以在高度拉长的电流片发展。这一问题与大Lundquist数磁流体动力学（MHD）物体中快速磁重联和磁湍流的研究有关。
Magnetic reconnection: Self-similar current sheet collapse triggered by "ideal" tearing
利用MHD模拟方法研究了在高Lundquist数（$S\gg10^4$）下坍缩电流片中通过“理想”撕裂模的快速重联的发生和演化。我们首先确认，随着崩溃的进行，快速重联被触发之前，Sweet-Parker型配置可以形成：在线性阶段等离子体团迅速增长的几个阿尔文倍时，预测的“理想”撕裂阈值$S^{-1/3}$接近从上面;线性阶段后，初始不稳定性，X点崩溃和重组非线性。我们发现，这些引起的撕裂事件的层次结构重复越来越快，在越来越小的尺度上的电流片，对应于触发的“理想”撕裂在重整化伦德奎斯特数。在电阻性磁流体动力学中，这一过程应以微观尺度下亚临界（$S \leq10^4$）Sweet Parker片的形成而结束。我们提出了一个简单的模型描述的非线性递归演化，解释了初始片的破坏的时间尺度。
In this paper, we study the effects of viscosity on the evolution of double tearing mode (DTM) in a pair of adjacent Harris sheets based on the resistive MHD model in the NIMROD code. Similar to the tearing mode in the conventional single Harris sheet, a transition is observed in the generation of both normal and monster plasmoids at Pr = 1. In the Pr < 1 regime of DTM, normal plasmoids (small plasmoids) are generated along with monster plasmoid, whereas in the single tearing mode (STM) cases such a generation is not observed. When Pr is above the critical value, the generation of monster plas…
Tearing and Kelvin-Helmholtz dynamics in fully kinetic particle-in-cell simulations of electron-scale current sheets
研究电子尺度电流片的稳定性及非线性演化，采用全动能电磁粒子-细胞模拟，探讨电流片厚度对主导不稳定性及非线性动力学的影响。
In this study, the evolution of a highly unstable m = 1 resistive tearing mode, leading to plasmoid formation in a Harris sheet is studied in the framework of full MHD model using the NIMROD simulation. Following the initial nonlinear growth of the primary m = 1 island, the X-point develops into a secondary elongated current sheet that eventually breaks into plasmoids. Two distinctive viscous regimes are found for the plasmoid formation and saturation. In the low viscosity regime (i.e. P r . 1), the plasmoid width increases sharply with viscosity, whereas in the viscosity dominant regime (i.e.…
A Two-Fluid Study of Oblique Tearing Modes in a Force-Free Current Sheet
动力学模拟表明，三维重联在无碰撞制度的收益，通过形成和相互作用的磁通量绳，这是由于在多个共振面撕裂不稳定性的增长产生。由于动力学模拟本质上是昂贵的，它是可取的，以探索减少双流体模型捕捉这种复杂的演变，特别是在强引导场制度，其中双流体模型是更好地证明的可行性。考虑到这一目标，本文比较了无碰撞撕裂不稳定性的演变与两流体模型和完全动力学模拟的无力电流片。我们的结果表明，最不稳定的模式是倾斜的引导场大于重联场，在协议的动力学结果。将标准的双流体撕裂理论推广到斜角撕裂不稳定性。由此产生的理论产生一个平坦的斜谱，并低估了增长的斜模式以类似的方式相对于动力学模拟的动力学理论。
Non-linear Tearing of 3D Null Point Current Sheets
磁重联的速率与伦德奎斯特数在现实的三维（3D）几何形状的比例的方式仍然是一个未解决的问题。它已被证明，在2D快速非线性撕裂允许的重联率变得几乎独立的伦德奎斯特数（“等离子体团不稳定性”）。在这里，我们提出了一个类似的不稳定性在一个完整的3D几何形状，由一个磁零点定义的第一次研究。的3D零电流层被发现是容易受到类似的不稳定性，但比一个等效的2D斯威特-帕克-类层稍微更稳定。撕裂的片创建一个薄的边界层周围的分界线表面，包含在一个双曲线结构，模仿脊柱风扇拓扑的通量包络。当撕裂过程中产生的磁通绳结构在这个包络内演化时，两个拓扑域之间的磁通有效混合发生。这导致两个域之间的重连率大幅增加。
The tearing mode instability of thin current sheets: the transition to fast reconnection in the presence of viscosity
本文研究了电阻率和粘性共同作用下薄电流片中重联不稳定性的增长率。在Pucci和Velli（2014）之前的论文中，有人认为，在足够高的Lundquist数S下，不可能形成纵横比L/a的电流片，其比例为$L/a\sim S^α$与$α> 1/3$，因为撕裂模式的增长率将在理想极限$S\rightarrow\infty$中发散。在这里，我们扩展了他们的分析，包括粘度的影响，（总是存在于数值模拟与电阻率），这可能会在日冕和其他天体物理环境中发挥作用。一个有限的普朗特数允许电流片达到更大的纵横比，然后迅速变得不稳定的堆积型制度。与伦德奎斯特和普朗特数标度讨论以及过渡到动力学重联
Effect of guide field on three dimensional electron shear flow instabilities in collisionless magnetic reconnection
我们研究了外部引导场和电流片厚度对由电子剪切流驱动的电子电流片的三维不稳定模的生长速率和性质的影响。增长最快的模式的增长率下降迅速与当前片的厚度，但增加缓慢的引导场的强度。增长最快的模式是撕裂型，只有薄电流片（半厚度$\approx d_e$，其中$d_e=c/ω_{pe}$是电子惯性长度）和零导场。对于有限的导场或较厚的电流片，最快增长的模式是非撕裂型。然而，最快的2-D撕裂模式和3-D非撕裂模式的增长率是相当薄的电流片（$d_e < $半厚度$ < 2\,d_e$）和小的引导场（的数量级的磁场支持电子电流片的分量的渐近值）。结果表明，电子-磁流体力学（EMHD）和磁流体力学（MHD）撕裂模的一般模式共振条件取决于有效耗散机制（分别为EMHD和MHD情况下的电子惯性和电阻率）。通常的撕裂模共振条件（$\mathbf{k}.\mathbf{B}_0=0$，$\mathbf{k}$是波矢，$\mathbf{B}_0$是平衡磁场）可以从弱耗散极限下的一般共振条件恢复。从一般模式共振条件出发，得到了撕裂模存在的必要条件（与电流片厚度、导场强度和波数有关）。
"Ideal" tearing and the transition to fast reconnection in the weakly collisional MHD and EMHD regimes
本文讨论了在无碰撞极限下薄电流片中撕裂不稳定性向快速增长的转变，其中电子惯性驱动重联过程。先前已经提出，在电阻性MHD中，对于具有宏观长度L的当前片材，存在可以达到的自然最大纵横比（片材长度和宽度与厚度的比率），极限由撕裂模式增长时间与宏观尺度上计算的阿尔文时间具有相同数量级的事实提供（Pucci和Velli（2014））。对于具有小于临界纵横比的电流片，随着Lundquist数S的增加，归一化增长率趋于零，而对于具有大于临界纵横比的电流片，增长率随S发散。在这里，我们进行了类似的分析，但与电子惯性作为违反磁通量守恒的长期：以前发现缩放的临界电流片的长宽比与伦德奎斯特数一般化，包括依赖的比例$(d_e/L)^2$，其中德是电子集肤深度，它表明，有限制缩放，如在电阻的情况下，导致在理想的时间尺度上增长的重连模式。然后考虑有限拉莫尔半径效应，并提出基于“理想”重联的重新标度论点来解释电流片演化数值模拟中自然出现的二次快速重联状态。
Linear Growth Rate of Compressible Tearing Instability in a Force-Free Current Sheet
本文通过线性化完全可压缩MHD方程研究无力电流片中撕裂模的线性增长率，发现可压缩性在高伦德奎斯特数下影响可忽略，在低伦德奎斯特数下显著，并可能影响临界伦德奎斯特数。
The three-dimensional evolution of ion-scale current sheets: tearing and drift-kink instabilities in the presence of proton temperature anisotropy
我们提出了第一个三维混合模拟的离子尺度电流片的演变，与温度各向异性和相关的动力学不稳定性的撕裂不稳定性和粒子加热的增长的作用的调查。我们确认的离子回旋和消防水龙带不稳定性，以提高或抑制重联的能力，分别。模拟结果表明，持久的三维结构的出现，包括补丁重联网站和窄带漂移扭结不稳定性，抑制重联薄电流片与弱导场的快速增长。还讨论了太阳风电流片三维演化的潜在观测特征。我们的结论是动力学不稳定性，所产生的非麦克斯韦离子种群，是显着的三维电流片的演变，和二维的研究加热率的重联因此可能高估的能力薄，离子尺度的电流片加热的太阳风重联。
We study the time-dependent formation and evolution of a current sheet (CS) in a magnetized, collisionless, high-beta plasma using hybrid-kinetic particle-in-cell simulations. An initially tearing-stable Harris sheet is frozen into a persistently driven incompressible flow so that its characteristic thickness gradually decreases in time. As the CS thins, the strength of the reconnecting field increases, and adiabatic invariance in the inflowing fluid elements produces a field-biased pressure anisotropy with excess perpendicular pressure. At large plasma beta, this anisotropy excites the mirror…
Development of Tearing Instability in a Current Sheet Forming by Sheared Incompressible Flow
高伦德奎斯特数等离子体中的Sweet-Parker电流片对撕裂不稳定，这表明它们不会在物理系统中形成。因此，理解磁重联需要研究电流片形成时的稳定性。由于剪切，亚阿尔夫文不可压缩流使片变窄，因此可能发生形成。标准撕裂理论（Furth等，1963; Coppi等，1976; Rutherford，1973）不能直接应用于这种成形薄板，原因有二：第一，因为流动引入了标准计算中不存在的项;第二，因为变化的平衡引入了标准计算中常数项的时间依赖性，使本征值问题的公式化复杂化。本文采用标准的撕裂模式分析，以面对这些挑战。在初始阶段，当任何扰动主要由理想MHD支配时，坐标变换揭示了流动压缩和拉伸扰动。多尺度公式描述了线性撕裂模理论（Furth et al. 1963; Coppi et al. 1976）如何应用于流动下的平衡变化，表明通过使标准尺度依赖于时间，流动仅隐含地影响可分离的指数增长。在非线性卢瑟福阶段，坐标变换表明，标准理论可以通过添加到稳态速率的时间依赖性和一个额外的项，由于加强平衡磁场。总的来说，这种理解支持使用无流动的缩放与轻微的修改，以研究在成形片材撕裂。
Magnetic Reconnection Onset via Disruption of a Forming Current Sheet by the Tearing Instability
最近的认识，斯威特-帕克电流片是严重不稳定的二次撕裂（等离子体）不稳定性意味着这样的电流片不可能发生在真实的系统。这表明，为了理解磁重联的发生，需要考虑电流层形成时撕裂不稳定性的增长。这样的分析是在这里的背景下，非线性电阻MHD的一般的时间相关的平衡，代表一个逐渐形成的电流片。结果表明，两个发病制度，单岛和多岛，是可能的，取决于电流片形成的速率。一个简单的模型被用来计算这两个政权之间的过渡的标准，以及在那一刻的重联开始时间和电流片参数。对于典型的日冕参数，该模型产生的结果与观测一致。
The coupled tearing-thermal instability in coronal current sheets from the linear to the non-linear stage
本文结合 Legolas 线性 MHD 谱分析与 MPI-AMRVAC 非线性模拟，研究日冕 Harris 电流片中撕裂–热耦合，揭示最快增长模式可跳过模式混合并加速热失控。
Fast reconnection in a coronal torn plasma sheet
研究通过观测日冕等离子体片的演变，揭示了等离子体体在磁重联过程中的关键作用，表明其形成与喷射能显著提高重联速率并促进快速重联。
Fast Magnetic Reconnection: Secondary Tearing Instability and Role of the Hall Term
在许多天体物理环境中，磁重联提供了爆炸性能量释放、等离子体加热和粒子加速的主要来源。近几年来，人们对磁流体撕裂不稳定性作为有效重联的驱动力的兴趣又重新燃起。已经确定的是，如果当前的片层纵横比变得足够小（对于给定的伦德奎斯特数$S\gg 1$，为$a/L \sim S^{-1/3}$），重联发生在理想的阿尔文时间尺度上，并且变得与$S$无关。在这里，我们调查，通过二维模拟，\emph{ideal}撕裂不稳定性的霍尔-MHD制度，这是适当的电阻层$δ$的宽度变得可比的离子惯性长度$d_i$。此外，我们详细研究了二次电流片的自发发展和重新连接，这对于高$S$自然调整到理想的纵横比，因此它们的演变进行得非常迅速。对于中等低的$S$，为了满足撕裂不稳定性开始所必需的条件$δ\ll a$，纵横比趋向于Sweet-Parker标度（$a/L \sim S^{-1/2}$）。当霍尔项被包括在内时，该次级非线性相位的重联率被增强，并且取决于比率$d_i/δ$，可以是相对于纯MHD情况的两倍，并且比线性相位大多达十倍。因此，薄电流片在霍尔-磁流体机制中撕裂不稳定性的演化自然会导致重连点的爆炸性破坏和超阿尔夫文时间尺度上的能量释放，这是解释天体物理观测所需要的。
Optimal Energy Growth in Current Sheets
本文研究了电流片线性微扰中瞬态增长的可能性。由电流片组成的背景场的电阻磁流体动力学（MHD）算子是非正常的，这意味着相关的本征值和本征模可以是非常敏感的扰动。在撕裂电流片的线性稳定性分析中，我们表明，模式阻尼为$t\rightarrow\infty$可以产生瞬态能量增长，贡献更快的增长率和更高的能量实现（在一个固定的有限时间内）比不稳定的撕裂模式从正常模式分析。我们确定的瞬态增长撕裂稳定和撕裂不稳定的制度，并讨论我们的结果在太阳大气中的过程，如耀斑和日冕加热的后果。我们的研究结果有显着的潜在影响，如何快速电流片可以被打乱。特别是，由于（渐近）阻尼模式的瞬态能量增长可能会导致加速电流片变薄，因此，更快的等离子体团不稳定性的发病率相比，由撕裂模式单独确定。
Onset of fast "ideal" tearing in thin current sheets: dependence on the equilibrium current profile
在本文中，我们研究的标度关系的触发的快速，或“理想”，撕裂不稳定性从平衡配置相关的天体物理以及实验室等离子体不同于简单的哈里斯电流片配置。我们提出了线性撕裂不稳定性分析的平衡磁场，其中a）去到零的边界的域和b）包含一个双电流片系统（后者以前研究作为一个carnival代理的m=1扭结模式在圆柱形等离子体）。更一般地说，我们讨论的临界纵横比缩放的增长率成为独立的Lundquist数$S$，在不稳定模式的波数$k$的$Δ'$参数的依赖性。在小$k$的缩放$Δ'(k)$与$k$被发现广泛地分类不同的平衡：临界纵横比可能甚至小于$L/a \sim S^α$与$α=1/3$最初发现的哈里斯电流片，但存在一个一般的下限$α\ge1/4$。
Fast Reconnection in High-Lundquist-Number Plasmas Due to Secondary Tearing Instabilities
大尺寸系统中的薄电流片超过临界值的Lundquist数是不稳定的超Alfvenic撕裂不稳定性。增长最快的不稳定性的增长率相对于伦德奎斯特数的缩放示出遵循从经典的撕裂模式的色散关系。由于这种不稳定性，该系统实现了一个非线性的重连率，似乎是弱依赖于Lundquist数，并大于Sweet-Parker率的数量级（对于考虑的Lundquist数的范围）。这种快速重联的制度似乎是可实现的动态和高度不稳定的薄电流片，而不需要电流片是湍流。
Instabilities of collisionless current sheets revisited: the role of anisotropic heating
在这项工作中，我们研究的各向异性加热的影响，对自发不稳定性和薄哈里斯型无碰撞电流片，嵌入在反平行磁场的演变。特别是，我们探索的影响，使用2D版本的PIC代码ACRONYM的宏粒子形状功能。我们还调查的作用，由于在PIC码的有限数量的宏粒子的数值碰撞。它示出，它是适当的，以选择高阶形状函数的宏粒子相比，每个细胞的宏粒子的数量更大。这允许更好地估计各向异性电子加热由于在PIC代码中的宏粒子的碰撞。温度各向异性可以稳定撕裂模不稳定性，并触发额外的电流片不稳定性。我们发现了一个很好的协议之间的分析推导出的各向异性撕裂模式和其他不稳定性，无论是自发发展或最初触发的稳定阈值。在电子时间尺度上引起各向异性加热的数值效应对于更高的质量比（高于$m_i/m_e = 180$）变得特别重要。如果仔细考虑数值效应，可以恢复理论估计的线性增长率的撕裂不稳定性薄各向同性碰撞电流片，也为更高的质量比。
3D coupled tearing-thermal evolution in solar current sheets
本文通过三维磁流体模拟研究太阳电流片中撕裂与热不稳定性耦合导致的破裂，发现其形成与日珥和日冕雨相似的冷凝聚结构，揭示重联的多热本质。
Dynamic Topology and Flux Rope Evolution During Non-linear Tearing of 3D Null Point Current Sheets
本文详细描述了三维撕裂不稳定电流片中磁场零点附近的动态磁场。我们专注于在撕裂过程中形成的磁零点和磁通绳的演变。一般来说，我们发现，这两个磁结构都是在层内大量产生的，并且是非平凡相关的。我们研究了如何在分叉过程中创建和消灭空值，并描述了它们如何在当前层内演变。首先观察到的零分岔类型与电流层内的磁通绳对的形成有关。我们还发现，新的零形成这些磁通绳，内部重联和相邻的磁通绳相互作用。通量绳表现出复杂的演变，驱动的理想扭结和它们的相互作用与流出射流从主层的组合。不稳定层的有限大小也使我们能够考虑更广泛的影响磁通绳的产生。我们发现，不稳定的电流层作为一个源的扭转MHD波和动态编织的磁场。这些结果的影响，太阳物理学的几个领域进行了讨论。
Dynamic evolution of current sheets, ideal tearing, plasmoid formation and generalized fractal reconnection scaling relations
磁重联可能是使储存在磁场中的能量突然释放的基本过程，太阳耀斑和日冕物质抛射（CME）是典型的自然等离子体例子。磁重联是一个太慢的过程，在大尺度上是有效的，但一旦在系统中形成足够小的尺度，就会加速。由于这个原因，分形重联方案被引入（Shibata和Tanuma 2001）来解释太阳大气中的爆炸事件：它是基于递归触发和崩溃，通过撕裂不稳定性的电流片最初在日冕中的灯丝上升期间变薄。在这里，我们比较了不同的分形重联的情况下，已经提出，并推导出广义的递归触发的快速，“理想”-即伦德奎斯特数独立-撕裂崩溃的电流片配置与任意电流剖面形状。一个重要的结果是，Sweet-Parker标度与Lundquist数，如果解释为一个理想的不稳定片中的奇异层的纵横比，是通用的，并不依赖于当前的配置文件中的表的细节。然而，这样的缩放不能被解释为静止重连，而是它定义了一个步骤，在加速序列的事件的理想撕裂介导的分形级联。我们计算缩放等离子体团的预期数量为通用配置文件和现实的伦德奎斯特数。
Quenching of Tearing Mode Instability by Transverse Magnetic Fields in Reconnection Current Sheets
本研究在粘滞电阻型不可压缩MHD框架下，通过解析与数值模拟发现横向磁场会使电流片形成带剪切流的中性层，从而快速抑制撕裂模不稳定模，为相关相互作用研究提供新认知。
In flare-relevant current sheets, tearing instability may trigger explosive reconnection and plasmoid formation. We explore how the thermal and tearing modes reinforce each other in the fragmentation of a current sheet in the solar corona through an explosive reconnection process, characterized by the formation of plasmoids which interact and trap condensing plasma. We use a resistive magnetohydrodynamic (MHD) simulation of a 2D current layer, incorporating the non-adiabatic effects of optically thin radiative energy loss and background heating using \texttt{MPI-AMRVAC}. Our parametric survey …
Relativistic Tearing and Drift-kink Instabilities in Two-fluid Simulations
采用二维两流体相对论磁流体力学方法，研究了无碰撞相对论对等离子体中电流片的稳定性。特别是，我们研究了撕裂和漂移扭结模式的线性增长的电流片和没有引导场，并获得的增长率是非常相似的，已经发现在相应的PIC模拟。这表明，双流体模拟可以在研究涉及磁重联的天体物理相对论等离子体的大尺度动力学问题是有用的。
Nonlinear Tearing Modes in Current-Vortex Sheets
研究平面电流 - 涡旋片中不稳定性和阿尔文共振，扩展卢瑟福模型考虑剪切平衡流对磁岛大小的影响，发现极化电流影响撕裂模非线性增长，不同\(r\)值下磁岛饱和情况不同，且等\(\psi\)不能完全表征有阿尔文共振时磁岛的非线性增长。
Normal-Field Evolution and the Breakdown of Classical Tearing in Current Sheets
该研究揭示有限法向磁场在撕裂时间尺度上演化电流片背景，通过阿尔文波前增宽中性层并削弱经典电阻撕裂，导致增长率显著下降，从而动力学抑制线性放大。
Particle-in-cell simulations of the tearing instability for relativistic pair plasmas
本研究通过二维PIC模拟探究相对论对等离子体的撕裂不稳定性，验证了相关理论预测，揭示了不同电流片厚度、温度下的增长率规律及非线性演化特征。
Influence of tearing instability on magnetohydrodynamic turbulence
它已提出最近由Loureiro & Boldyrev [物理学评论Lett. 118，245101（2017）]和Mallet等人[Mon.没有R. Astron.Soc.468，4862（2017）]，在磁流体动力学湍流的惯性范围内形成的强各向异性电流片受到尺度小于临界尺度$λ_\mathrm{c}$且大于湍流耗散尺度的撕裂不稳定性的影响。如果是真的，这个过程可以在较小的尺度上改变能量级联的性质，导致一个新的，撕裂介导的磁流体动力学（MHD）湍流。在这项工作中，我们提出了一个强各向异性，二维湍流涡旋的数值研究，我们证明了撕裂不稳定性确实可以与他们的非线性演化竞争。因此，这些结果为$λ_\mathrm{c}$以下可能存在一种新的MHD湍流机制的观点提供了直接的数值支持。
Turbulence in a conducting plasma can amplify seed magnetic fields in what is known as the turbulent, or small-scale, dynamo. The associated growth rate and emergent magnetic-field geometry depend sensitively on the material properties of the plasma, in particular on the Reynolds number ${\rm Re}$, the magnetic Reynolds number ${\rm Rm}$, and their ratio ${\rm Pm}\equiv{\rm Rm}/{\rm Re}$. For ${\rm Pm} > 1$, the amplified magnetic field is gradually arranged into a folded structure, with direction reversals at the resistive scale and field lines curved at the larger scale of the flow. As the m…
Magnetic reconnection is a fundamental physical process converting magnetic energy into not only plasma energy but also particle energy in various astrophysical phenomena. In this letter, we show a unique dataset of a solar flare where various plasmoids were formed by a continually stretched current sheet. EUV images captured reconnection inflows, outflows, and particularly the recurring plasma blobs (plasmoids). X-ray images reveal nonthermal emission sources at the lower end of the current sheet, presumably as large plasmoids with a sufficiently amount of energetic electrons trapped in. In t…
X-point collapse and saturation in the nonlinear tearing mode reconnection
本文研究了二维平板结构中电阻撕裂模的非线性演化。我们表明，在强驱动的制度（大Δ '），崩溃的X点发生，一旦岛宽度超过某一临界值~1/Δ'。形成电流片，重连随时间呈指数增长，增长率约为η ^1/2，其中η是电阻率。如果当前片的纵横比足够大，则片本身可以变得撕裂模式不稳定，从而产生次级岛，然后次级岛与原始岛合并。饱和状态取决于Δ '的值。对于较小的Δ '，饱和振幅为~ Δ'，并且定量地与理论预测一致。如果Delta'足够大，足以使X点塌陷发生，则饱和振幅显著增加，并且变得与Delta'无关。
Proton temperature anisotropy and magnetic reconnection in the solar wind: effects of kinetic instabilities on current sheet stability
我们通过二维混合模拟研究了质子各向异性驱动的动力学不稳定性对磁重联发生的作用。研究了在周围等离子体中存在质子温度各向异性时电流片的无碰撞撕裂。我们的结果证实，电流片区域内的各向异性质子可以显着增强/稳定电流的撕裂不稳定性。此外，大质子温度各向异性激发的线性不稳定性相关的波动可以显着影响等离子体的稳定性和扰动的电流片，触发撕裂不稳定性。我们发现，这样一个复杂的耦合导致更快的撕裂演化的制度，具有较大的垂直温度时，离子回旋不稳定性产生的各向异性质子分布函数。相反，在存在相反的各向异性的情况下，由具有较大平行温度的不稳定背景质子激发的消防水带波动不能有效地使电流片不稳定，电流片在消防水带饱和后长时间保持稳定。我们讨论了这种新的耦合对太阳风和日球等离子体动力学的可能影响。
Thermal synchrotron radiation from RRMHD simulations of the double tearing mode reconnection - Application to the Crab flares
本文研究了存在引导场时双电流片位形中的磁流体力学撕裂不稳定性。这是通过电阻相对论磁流体动力学（RRMHD）模拟研究。根据双撕裂模（DTM）的动力学，我们能够计算在爆炸重联阶段的合成同步辐射光谱。脉冲星条纹风模型代表了这样的电流片形成的地点，包括一个引导场。蟹状星云/脉冲星系统的变化，被视为耀斑，因此可以自然地解释的DTM爆炸阶段的条纹风。我们的结果表明，如果磁化参数$σ$在$10^5$附近，则Crab GeV耀斑可以用条纹风区的双撕裂模来解释。
Magnetic reconnection associated with the tearing instability occurring in double-current sheet systems is investigated within the framework of reduced resistive magnetohydrodynamics (MHD) in a two-dimensional Cartesian geometry. The explosive non linear phase is particularly explored using the adaptive finite-element FINMHD code. The critical aspect ratio, that is defined as the minimum $L/x_s$ ratio (with $L$ and $x_s$ being the periodic system length and half-distance between the two current layers respectively) necessary for non linear destabilization after the linear and early non linear …
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。
We attempt to model magnetic reconnection during the two-ribbon flare in the gravitationally stratified solar atmosphere with the Lundquist number of $S=10^6$ using 2D simulations. We found that the tearing mode instability leads to the inhomogeneous turbulence inside the reconnecting current sheet (CS) and invokes the fast phase of reconnection. Fast reconnection brings an extra dissipation of magnetic field which enhances the reconnection rate in an apparent way. The energy spectrum in the CS shows the power-law pattern and the dynamics of plasmoids governs the associated spectral index. We …
Modification of the resistive tearing instability with Joule heating by shear flow
本研究利用开源磁流体力学光谱工具Legolas，探究了剪切流对两种可压缩等离子体片构型中含焦耳热的线性电阻性撕裂不稳定性的影响，发现多磁零面下剪切流会改变撕裂行为，且增长率存在偏离解析标度律的区间，凸显了数值研究的必要性。
We investigate the onset of the classical magnetohydrodynamic (MHD) tearing instability (TI) and focus on non-modal (transient) growth rather than the tearing mode. With the help of pseudospectral theory, the operators of the linear equations are shown to be highly non-normal, resulting in the possibility of significant transient growth at the onset of the TI. This possibility increases as the Lundquist number $S$ increases. In particular, we find evidence, numerically, that the maximum possible transient growth, measured in the $L_2$-norm, for the classical setup of current sheets unstable to…
Guide-Field-mediated Multiscale Instabilities in Relativistic Reconnection
研究聚焦于电子-离子等离子体中三维相对论重联中引导场对磁能耗散、电流片动力学和非热粒子加速的影响，通过粒子-网格模拟双Harris电流片，探讨离子磁化率和引导场强度如何调控整体磁能耗散。
Resistive instabilities of current sheets in stratified plasmas with a gravitational field
研究了重力场中分层等离子体中电流片的电阻不稳定性，发现不利分层会增强撕裂模式的不稳定性，而有利分层则抑制重联过程。
The tearing mode instability is one important mechanism that may explain the triggering of fast magnetic reconnection in astrophysical plasmas such as the solar corona and the Earth's magnetosphere. In this paper, the linear stability analysis of the tearing mode is carried out for a current sheet in the presence of a guide field, including the Hall effect. We show that the presence of a strong guide field does not modify the most unstable mode in the two-dimensional wave vector space orthogonal to the current gradient direction, which remains the fastest growing parallel mode. With the Hall e…
We study the stability problem of a magnetohydrodynamic current sheet with the presence of a plasma jet. The flow direction is perpendicular to the normal of the current sheet and we analyze two cases: (1) The flow is along the anti-parallel component of the magnetic field; (2) The flow is perpendicular to the anti-parallel component of the magnetic field. A generalized equation set with the condition of incompressibility is derived and solved as a boundary-value-problem. For the first case, we show that, the streaming kink mode is stabilized by the magnetic field at $V_0/B_0 \lesssim 2$, wher…
Collisionless tearing instability in relativistic non-thermal pair plasma and its application to MHD turbulence
本文研究相对论性非热正负电子等离子体中幂律分布下的无碰撞撕裂不稳定性，揭示粒子谱硬化和无力极限对增长率的影响，并将其应用于MHD湍流，推导出不稳定涡旋尺寸及临界磁化参数。
"Ideally" unstable current sheets and the triggering of fast magnetic reconnection
磁重联被认为是在空间和实验室中观察到的许多爆炸现象的动力学机制，尽管在如此高的Lundquist（$S$）数等离子体中触发磁重联的速度有多快的问题仍然是难以捉摸的。已经确定的是，一旦达到动力学尺度，重连可以比传统预测的更快地发展。它也已被证明，在电阻磁流体力学（MHD）的框架内，快速重联实现足够薄的片材通过所谓的等离子体团不稳定性的发病。后者是在专门研究斯威特-帕克电流片的研究中发现的，无论是作为初始条件还是在非线性研究中发展的明显瞬态。另一方面，快速撕裂不稳定性可以在理想情况下增长，即，$S$ -独立的，时间尺度（被称为“理想”撕裂）在当前片的纵横比尺度与宏观伦德奎斯特数为$L/a\sim S^{1/3}$ -比斯威特帕克一个小得多-提出了一种新的方法来接近崩溃的电流配置中的快速重联的启动。在这里，我们提出了一个概述，我们所谓的“理想”撕裂电阻MHD，并讨论如何同样的推理可以扩展到其他常用的等离子体模型，包括电子惯性和动力学效应。然后，我们讨论了一个方案的发病“理想”的快速重联通过崩溃的电流片，并描述了一个定量模型的非线性演化的解释“理想”的不稳定片在两个维度。
Processes in current sheets responsible for fast energy conversion in the magnetospheric collisionless plasma
磁层等离子体结构的动力学本质上具有间歇性的慢相和快相。快速转变是一个非线性过程，失去平衡，最终缓慢的准静态演变。这个过程被分析为一个动态分岔。无论是撕裂模扰动还是气球模扰动，在演化过程中达到边缘稳定状态时，都会出现这种现象。由此产生的力的不平衡导致自发形成的非线性动力学薄电流结构。它们要么是一对缓慢的无碰撞激波，要么是嵌入较厚等离子体片结构中的特定各向异性薄电流片。两者都是强烈能量转换的场所，它们在磁层无碰撞等离子体中实现快速磁重联。
Fast magnetic reconnection: The "ideal" tearing instability in classic, Hall, and relativistic plasmas
磁重联被认为是天体物理学中许多爆炸现象的驱动力，从太阳到磁星和蟹状星云中的伽马射线耀斑。然而，经典MHD模型的重连率太慢，无法解释这样的观测结果。最近，人们意识到，当电流片变得足够薄时，撕裂不稳定性的重联率变得“理想”，在这个意义上，电流片在“宏观”阿尔夫文尼克时间尺度上不稳定，而不管等离子体的伦德奎斯特数。在这里，我们提出了2D可压缩MHD模拟在经典，霍尔和相对论制度。特别是，二次撕裂不稳定性的发病率内Hall-MHD的第一次调查。在相对论MHD的框架下，我们总结了Del Zanna等人[1]的主要结果：相对论撕裂不稳定性是非常快的，重联率是光穿越时间的倒数，这是解释高能爆炸现象所需要的。
Spontaneous Bifurcation of Single Peaked Current Sheets by Chaotic Electron Scattering
结果表明，单峰碰撞无电流片在哈里斯型平衡自发分叉的结果，在波动的磁场附近的片的中心，作为一个2D动力学粒子在细胞模拟的电子的混沌散射。为了模拟这种效应，明确的粒子前进是必要的，因为电子运动的细节必须解决。与以往的研究不同，在初始扰动或外部压力的情况下触发分叉电流片（BCS），如果考虑热噪声，分叉是自发的。自发电流片分叉比撕裂模或其他等离子体不稳定性发展得更快。结果表明，在电流片分岔过程中，Helmholtz自由能减小，熵增大，即新的分岔电流片比单峰电流片处于更可能的状态。
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。
Plasma sheet structure in the magnetotail: kinetic simulation and comparison with satellite observations
我们使用的哈里斯电流片的三维动力学模拟的结果，提出了一个解释，并重现ISEE-1/2，Geotail，和集群观测的磁尾电流片结构。电流片拍动，电流密度分叉，和重联解释的结果的扭结和撕裂的不稳定性，占主导地位的电流片的演变。
Hall-mediated magnetic reconnection and onset of plasmoid instability
我们调查的霍尔效应的作用，在电流片的演变和发病的二次撕裂（等离子体）不稳定性的不可压缩电阻霍尔磁流体力学（MHD）的框架。所考虑的模型是泰勒问题的一个无力修正。因此，本文的第一部分致力于详细分析研究撕裂稳定无力磁位形中的Hall-MHD强迫磁重联。然后，在第二部分中，这些结果被用来研究何时以及如何等离子体团不稳定性可以在这个过程中发展。
Linear Theory of Visco-Resistive Tearing Instability
本文将修正LSC理论扩展至黏滞-电阻MHD，引入有限上游开放边界，给出阻止撕裂不稳定性正向级联的临界条件。
Kelvin-Helmholtz versus Tearing Instability: What Drives Turbulence in Stochastic Reconnection?
在过去的几年里，很明显，湍流磁重联和磁化湍流是不可分割的。结果表明，不仅重联是破坏湍流冻结条件的原因，而且三维随机重联本身也会产生湍流。负责这种驱动的实际机制仍然未知。撕裂模式或开尔文-亥姆霍兹等离子体不稳定性等过程可能会从不规则的电流片中产生湍流。我们解决这个过程的驱动机制的性质，并考虑撕裂和开尔文-亥姆霍兹不稳定性的湍流生成过程中的相对作用。特别是，我们分析了这两个不稳定性的三维重联区域内的发展条件。我们发现，这两种不稳定性可以激发湍流的波动在重联区。然而，撕裂模式具有相对缓慢的增长速率，并且在稍后的时间，它变得部分地被横向于湍流波动的增长期间产生的磁场的电流片分量抑制。相反，Kelvin-Helmholtz不稳定性在流出区域迅速建立，并且与撕裂模的贡献相比，在稍后的时间内，Kelvin-Helmholtz不稳定性主导湍流的产生。我们的研究结果表明，撕裂不稳定性是次主导的Kelvin-Helmholtz不稳定性相比，在三维重联层的湍流的产生，因此，自驱动重联是湍流重联与撕裂不稳定性是重要的，只有在初始阶段的重联。
Fast reconnection in relativistic plasmas: the magnetohydrodynamics tearing instability revisited
磁主导等离子体中的快速重联经常被用于磁星巨耀斑模型，脉冲星风中的磁耗散，或解释蟹状星云中观测到的伽马射线耀斑，因此它的研究在高能天体物理学中至关重要。在这里，我们研究，通过二维数值模拟，线性相位和随后的非线性演化的撕裂不稳定性的相对论电阻磁流体力学的框架内，适当的情况下，阿尔文速度接近光速。研究发现，不稳定性的线性相位与经典MHD中的分析非常吻合，在经典MHD中，增长率与伦德奎斯特数S成S^-1/2的比例，唯一的例外是由于热能和磁能的贡献而增加的惯性项。此外，当考虑纵横比为S^-1/3的反比的薄电流片时，恢复了所谓的“理想”撕裂状态，模式的增长与S无关，并且非常快，只有几个光穿过片长度的时间。波动的整体增长被认为是完全取决于背景阿尔芬速度的值。在完全非线性阶段，我们观察到一个朝向基模的逆叶栅，Petschek型超声速射流从X点以外部Alfven速度传播，并且在预测值R~（ln S）^-1处有一个快速的重联速率。
Revisiting the Growth Rate of the Relativistic Tearing Instability: The Role of the Non-ideal MHD Structure
针对磁主导对等离子体中的相对论撕裂不稳定性，采用外推A近似修正非理想MHD区域的矢势扰动处理，提升了最不稳定波数的预测精度，为相关天体物理研究提供了更新基准。
The Onset of Magnetic Reconnection in Dynamically Evolving Current Sheets
本文通过三维MHD模拟研究日冕动态变薄电流片中撕裂不稳定性触发的磁重联起始，发现其发生需不稳定性增长快于电流片变薄，且磁剪切量是关键开启参数，为利用可观测特征预测电流片破裂和磁能释放提供了依据。
The presence of current sheet instabilities, such as the tearing mode instability, are needed to account for the observed rate of energy release in solar flares. Insights into these current sheet dynamics can be revealed by the behaviour of flare ribbon substructure, as magnetic reconnection accelerates particles down newly reconnected field lines into the chromosphere to mark the flare footpoints. Behaviour in the ribbons can therefore be used to probe processes occurring in the current sheet. In this study, we use high-cadence (1.7 s) IRIS Slit Jaw Imager observations to probe for the growth…
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