3D Null Point Reconnection Regimes
理论和计算实验的最新进展表明,需要改进以前在三维零点(磁场消失的点)对磁重联的分类。我们建议在这里分为三种不同的类型,这取决于流动的性质附近的脊柱和风扇的零。脊是接近零(或从零后退)的孤立场线,而扇是从零后退(或接近零)的场线的表面。所谓的“扭转脊柱重连”发生在风扇附近的场线旋转时,电流沿着脊柱集中,使得附近的场线经历旋转滑动。在“扭转风扇重连”中,靠近脊柱的场线旋转并产生集中在风扇中的电流,其具有旋转通量失配和旋转滑动。在这两种状态下,脊和扇是垂直的,并且没有通量穿过脊或扇传递。第三种机制称为“脊扇重连”,是实践中最常见的,它结合了以前的脊扇模型的元素。在这种情况下,响应于一般的剪切运动,零点塌陷以形成聚焦在零点本身的当前片,在局部跨越脊和扇两者的片中。在这种状态下,脊和扇不再垂直,并且存在穿过它们两者的通量转移。
2009-10-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The periodicity of three-dimensional oscillatory reconnection
本文研究三维磁零点在非周期性驱动下的振荡重联周期性,通过定制数值边界条件抑制波反射,首次观测到多周期现象,发现周期性恒定且与驱动振幅无关,为等离子体诊断提供新工具。
2025-09-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph
In situ evidence for the structure of the magnetic null in a 3D reconnection event in the Earth's magnetotail
磁重联是天体物理、空间和实验室等离子体中最重要的过程之一。确定磁场线断裂并随后重新形成的点(称为磁零点)周围的结构,对于提高我们对重联的理解至关重要。但由于这一过程固有的三维性质,磁零点只能通过同时从空间至少四个点获得的测量结果来检测。使用的数据收集的四个航天器的集群星座,因为他们穿越扩散区在地球的磁尾于2001年9月15日,我们在这里报告的第一个现场证据的结构,一个孤立的磁零。结果表明,它具有正螺旋结构,其空间范围与局域离子惯性长度尺度在同一数量级,表明霍尔效应在三维重联动力学中起着重要作用.
2007-06-26 physics.plasm-ph physics.space-ph
Steady state reconnection at a single 3D magnetic null point
通过沿相反方向平流输送脊柱轴的相反足点,系统地对旋转对称的3D磁零点施加应力。该应力最终集中在零点附近,形成局部电流片,通过该局部电流片发生磁重联。我们的目的是寻找一个稳定的状态演变的电流片动力学,这可能提供系统的各种特征参数的标度关系。其次,通过数值求解非理想MHD方程的笛卡尔域的演变。零点嵌入在一个初始恒定的密度和温度等离子体。结果表明,连续剪切驱动可以在三维零点处建立准稳态重联过程。似乎不太可能实现真正的稳定状态,因为当前层倾向于增长,直到受到计算域的几何形状和施加的驱动轮廓的限制。然而,特征量之间的比率在一段时间后明显地稳定到稳定值,因此演化是准稳定的。实验显示了一些标度关系,但它们没有提供一个明确的共识,延伸到较低的磁电阻率或更快的驱动速度。需要更多的调查,以充分澄清在磁零点的电流片的属性。
2011-02-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
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。
2014-06-06 physics.plasm-ph
Role of Z-pinches in magnetic reconnection in space plasmas
在无碰撞空间等离子体中,磁重联的一个普遍接受的假设是X点处磁场线的断裂。在实验室中,重联通常是在箍缩中研究的,电流通道嵌入扭曲的磁场中。没有一个空间等离子体中的磁重联模型同时考虑零点和箍缩。我们已经进行了一个三维结构中的磁重联的粒子在细胞模拟的零点,并在模拟过程中形成的Z箍缩沿螺旋零点的线。非螺旋零点比螺旋零点更稳定,并且与它们没有实质性的能量耗散。相反,捏缩中的湍流磁重联导致磁能以每离子陀螺周期约1.5%的速率衰减。在具有大比例螺旋零点的空间等离子体中,类似结构中的耗散是一种可能的情况。
2015-09-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Satellite Observations of Separator Line Geometry of Three-Dimensional Magnetic Reconnection
检测连接磁零点的分离线并确定这种结构的动力学和等离子体环境可以提高我们对三维(3D)磁重联过程的理解。然而,在空间等离子体中还没有直接观察到这种类型的场和粒子结构。在这里,我们报告的一对零,零-零线,连接它们,相关的风扇和脊柱在地球磁尾使用的数据从四个集群航天器的识别。用di和de分别表示离子和电子的惯性长度,发现零值之间的间隔为~0.7di,并且相关的振荡被识别为波长为~ de的低混合波。完整的三维重联几何和相关动力学的原位证据提供了一个重要的一步,建立一个观测框架的三维重联。
2007-07-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Wave generation via oscillatory reconnection at a three-dimensional magnetic null point
Northumbria University(诺森比亚大学)
本研究通过三维磁性零点处的振荡重联生成慢磁声波和阿尔芬波,揭示了其在日冕震颤学中的意义。
2026-01-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic reconnection in partially ionized plasmas
磁重联在完全电离等离子体中得到了广泛的研究。然而,在天体物理环境中,等离子体往往是部分电离的。中性粒子与电离等离子体之间的相互作用可能会强烈影响重联机制。本文从理论、数值、观测和实验四个方面综述了不同环境下部分电离等离子体中的磁重联。我们着重于机制,使磁重联足够快的观测比较,特别是在低太阳大气中的重联事件。本文还讨论了部分电离低层太阳大气重联过程的加热机制和有关观测证据。我们描述了弱电离天体物理环境中的磁重联,包括星际介质和原恒星盘。介绍了部分电离等离子体快速重联实验的最新研究成果。
2020-03-30 physics.plasm-ph
Thermal-Inertial Effects on Relativistic Asymmetric Magnetic Reconnection
给出了相对论磁重联的一般描述,在不对称的流入等离子体条件下,如等离子体密度,速度磁场强度,以及它们各自的热惯性效应。在这项工作中,我们表明,热惯性效应增加重联率,推广以前的结果。此外,不同的重联率可以定义取决于初始的非对称条件的流入等离子体进入重联区。我们探讨两种可能性的重联率,这取决于不对称的磁化,显示不同的强度。在前人研究的基础上,我们讨论了在相应的非对称等离子体系统中定义合适的重联率的重要性。
2022-12-09 physics.plasm-ph
Fast magnetic reconnection in laser-produced plasma bubbles
最近的实验已经观察到高能量密度的激光产生的等离子体气泡中的磁重联,观察到的重联率比经典理论所能解释的要高得多。基于完全动力学粒子模拟,我们发现,在这些强驱动系统中的快速重联可以解释为磁通量堆积在肩膀上的电流片和随后的快速重联通过双流体,碰撞机制。在强驱动区,双流体效应,我们发现,最终的重联时间是不敏感的标称系统阿尔芬时间。
2011-04-04 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
Three-dimensional oscillatory magnetic reconnection
在这里,我们详细的动态演变的局部重联区域的三维(3D)磁零点通过使用数值模拟。我们证明了第一次,重新连接触发的局部崩溃的三维零点,由于外部MHD波涉及一个自生振荡,从而电流片和流出的射流经历一个重新连接反转过程中,背压形成在射流头的行为,以撬开崩溃的字段之前,过冲到一个相反的极性配置的平衡。在完全三维零重联可以自然地进行,在一个时间依赖性和周期性的方式的发现是暗示振荡重联机制可能发挥作用,在解释周期性的天体物理现象与磁重联,如观察到的太阳和恒星耀斑发射的准周期性。此外,我们发现振荡重联的一个后果是产生过多的自由传播的MHD波,这些波逃离了重联区附近
2017-06-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Forced magnetic reconnection
这是一个教程式的选择性审查解释的基本概念强迫磁重联。它是基于J. B。Taylor.该过程的标准磁流体动力学(MHD)理论已经由Hahm和Kulsrud(Phys.Fluids 28,2412,1985)开创。在这里,我们还讨论了与这个问题有关的几个最近的发展。这些包括强制重联的能量,其霍尔介导的制度,以及与二次撕裂(等离子体)不稳定性的相关发病的非线性效应。
2017-06-06 physics.plasm-ph
Experimental mitigation of fast magnetic reconnection in multiple interacting laser-produced plasmas
本研究通过实验比较单点和多点激光驱动磁重联,发现多点邻近时重联率降低,混合PIC模拟表明霍尔场畸变和外流受阻是主要原因。
2023-05-09 physics.plasm-ph
Experimental Evidence of Plasmoids in High-$β$ Magnetic Reconnection
磁重联是等离子体中普遍存在的一个基本过程,通过它磁场改变其拓扑结构并释放磁能。尽管经过了几十年的研究,在许多参数范围内控制重联过程的物理学仍然存在争议。当代重联理论预测,狭长的电流片容易受到撕裂不稳定性的影响,并分裂成孤立的磁岛(或等离子体团),从而提高了重联率。虽然在低到中等- $β$(其中$β$是等离子体热压力与磁压力之比)的状态下对等离子体团进行了几次实验观测,但在许多空间和天体物理背景下典型的高- $β$重联环境中等离子体团的实验证据相对缺乏。在这里,我们报告的观察强有力的实验证据等离子体团的形成和动力学在激光驱动的高$β$重联实验。
2022-07-08 physics.plasm-ph
Problematic nature of plasmoid theory of magnetic reconnection
等离子体团理论使用双坐标模型来解释快速磁重联,它发生在阿尔夫温克,而不是电阻时间尺度上,在等离子体中,在接近理想的极限。主要应用是三维自然发生的等离子体。适用于所有磁场的磁场表示法允许比较环形和自然等离子体中的磁演化特征。这种比较说明了为什么磁场演化的等离子体模型不是麦克斯韦方程组的鲁棒解。尽管有500篇关于等离子体团模型的论文,但它们对快速磁重联的描述是有问题的。
2019-04-25 physics.plasm-ph
Energy of Alfven waves generated during magnetic reconnection
本文介绍了一种确定磁重联产生的阿尔芬波能量的新方法,并用该方法对二维磁流体力学模拟结果进行了分析。结果表明,阿尔芬波扰动较强的区域几乎与磁力线和流流线弯曲的区域重合,说明该方法识别阿尔芬波是可靠的。磁重联过程中的磁能主要转化为热能。从磁能到阿尔芬波能的转换率与磁重联率密切相关。对于血浆β = 0.01、0.1和1.0的情况,发现在具有峰值重连率的时间处的最大转化率仅为约4%。
2015-06-10 physics.plasm-ph
A catastrophe model for fast magnetic reconnection onset
提出了一个快速磁重联发生的突变模型,解释了为什么具有磁自由能的等离子体系统在长时间内保持稳定,然后突然释放能量。对于一组给定的等离子体参数,通常有两个稳定的重联解决方案:一个缓慢的(Sweet-Parker)解决方案和一个快速的(Alfvénic)霍尔重联解决方案。在临界电阻率以下,慢解消失,快重联占主导地位。预测两种解决方案和临界电阻率的标度参数确认与双流体模拟。
2005-06-09 physics.plasm-ph
Relativistic magnetic reconnection driven by a laser interacting with a micro-scale plasma slab
磁重联是一种基本的等离子体过程,通过体加速和欧姆耗散,将嵌入的磁场能量转换为等离子体动能和热能。在许多高能天体物理事件中,磁重联被用来解释非热特征。然而,场能量转移到等离子体中以驱动所观察到的发射的过程仍然没有得到正确的理解。在这里,通过三维粒子模拟的一个现成的(TW-毫焦耳级)激光与微尺度等离子体板相互作用,我们表明,当电子束激发的板的两侧接近等离子体结构的末端,超快相对论磁重联发生在一个磁为主的(低- $β$)等离子体。由此产生的有效的粒子加速导致相对论电子射流的发射与截止能量$\sim$ 12兆电子伏。提出的方案可以显着提高理解的基本问题,如相对论性磁重联的重联率,场耗散和粒子加速。
2017-08-25 physics.plasm-ph
Kinetic modeling of particle acceleration in a solar null point reconnection region
本文主要研究日冕三维重联零点区的粒子加速机制。从2002年11月16日太阳和日光层天文台(SOHO)磁记录的位场外推开始,我们首先进行了磁流体动力学(MHD)模拟与SOHO观测到的水平运动的光球边界的计算框。在零点的扇形平面中建立电流后,将演化的MHD数据的一个子部分用作等离子体的动力学粒子-单元模型的初始和边界条件。我们发现亚相对论电子加速主要是由电流片中的系统电场驱动的。在模拟的耀斑前阶段,能量形式呈幂律分布的非热电子群,其幂律指数约为-1.78。这项工作提供了第一步,弥合数百毫米的顺序和动力学尺度的顺序厘米在日冕的宏观尺度之间的差距,并解释了如何实现这样的跨尺度耦合利用物理修改或(等效)修改的性质常数。这些模拟具有极高的分辨率-高达1350亿个粒子和35亿个大小为17.5公里的网格单元-为研究类似太阳环境中的粒子加速提供了新的机会。
2013-07-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Effects of electron inertia in collisionless magnetic reconnection
在完全电离的氢等离子体中,考虑霍尔电流、电子压力和电子惯性的影响,在完全双流体MHD框架下研究了无碰撞磁重联.我们进行了2.5D模拟,使用伪谱码没有耗散效应。我们检查,理想的不变量的问题是保守的舍入误差。我们的结果表明,磁场线的拓扑结构的变化是完全由于电子惯性的存在。计算出的重连率仍然是阿尔文速度的一个合理的分数,因此有资格作为快速重连。
2014-06-30 physics.plasm-ph
Mode Converting Alfvén Waves from Magnetic Reconnection Enhancing the Energy Source for the Aurora Borealis
以往的研究表明,在磁重联过程中产生的霍尔磁场结构被动力学阿尔文波(KAW)带走。在这里,我们应用一个动力学模拟与离子/电子质量比接近其自然值,并发现大大降低阻尼率允许KAW转换成剪切阿尔文波(SAW)。对于磁尾重联,这些SAW提供了波能的有效传输,增强了北极光的能量输入,其数量级高于先前的估计。
2020-04-24 physics.plasm-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
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
Momentum transport and nonlocality in heat-flux-driven magnetic reconnection in high energy density plasmas
最近的理论已经证明了一个新的物理制度的磁重联在高能量密度等离子体中的磁场平流的热通量通过能斯特效应。在这里,我们阐明在这个制度的电子耗散层的物理。通过完全动力学模拟和广义欧姆定律来自第一性原理,我们表明,由于非局部效应,热通量粘度的动量输运,提供了磁重联的耗散机制。标度分析和模拟表明,重联过程由磁场压缩阶段和准稳态重联阶段组成,电流片的特征宽度为几个电子平均自由程.这些结果表明,重要的相互作用之间的非局部输运效应和各向异性组件的生成的分布函数。
2017-08-07 physics.plasm-ph
Ultrarelativistic outflows in asymmetric magnetic reconnection
本文提出包含热惯性效应的非对称相对论磁重联单流体模型,发现高度非对称条件下可产生超相对论外流,揭示了非对称性对粒子加速和能量释放的增强作用。
2025-03-11 physics.plasm-ph
On the periodicity of linear and nonlinear oscillatory reconnection
(ArXiv的摘要)向磁零点注入能量可以驱动电流片极性的反转,导致依赖于时间的振荡重联,这是一个可能的解释,当重联发生在太阳大气中时,周期性现象可以产生。然而,控制这些振荡周期的细节知之甚少,尽管在评估OR是否可以解释观察到的周期性行为方面至关重要。本文的目的是强调不同类型的重联反转支持零点,这些是不同的封闭边界上的振荡,在20世纪90年代考虑的线性系统。特别是,我们探讨了一个非线性振荡本地的零点的功能,并检查电阻率和扰动能量的影响的周期,对比它的线性情况。它被发现,在线性系统中,逆Lundquist数决定的周期,提供的扰动能量是小的相对于定义在边界上的逆Lundquist数,无论初始扰动的宽带结构。然而,当扰动能量超过发生"非线性"零陷所需的阈值时,产生磁场的复杂振荡,其充其量仅弱依赖于电阻率。由此产生的周期性受到自由能的强烈影响,更高能量的扰动产生更高频率的振荡。至关重要的是,对于典型的基于太阳和基于天体物理学的输入能量,我们证明了大多数远远超过了非线性发展的阈值。这实质上改变了零塌缩和随后的OR的性质和周期性。因此,应考虑在太阳和天体物理背景下的OR的非线性制度。
2018-11-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
3D Solar Null Point Reconnection MHD Simulations
在过去的几年里,日冕中3D重联事件的数值MHD模拟不仅在分辨率上而且在复杂性上都有了很大的提高,使得建模变得越来越真实。初始磁场的获取方法多种多样,太阳大气模型的形式多种多样,驱动速度和模式也多种多样。这项研究考虑了分层和非分层太阳大气模拟之间的差异,解决了驱动速度对等离子体流和能量学的影响,并提供了定量的公式映射电场和耗散水平在数值模拟中得到相应的太阳量。模拟开始从一个潜在的磁场包含一个零点,从太阳和日光层天文台(SOHO)磁图外推约8小时前观察到的C级耀斑。磁场的应力与边界运动模式类似-虽然比-SOHO观测到的水平运动在耀斑之前的时期。一般的行为是几乎独立的驾驶速度,也是非常相似的分层和非分层模型,只要边界运动是足够慢。边界运动导致电流片的积累,主要是在磁零点的扇平面,但不会导致耀斑般的能量释放。耀斑所需的额外自由能在初始状态下可能部分以非势的形式存在,随后由于磁通量的出现或由于边界运动的分量而增加,这些分量不是由理想化的驱动模式表示的。
2012-11-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Exploring the generation and annihilation of three dimensional nulls through MHD simulations in initially chaotic magnetic field devoid of nulls
本文利用MHD模拟和零点追踪工具,精确研究了初始无零点的混沌磁场中三维磁零点的产生与湮灭机制,验证了磁重联可生成和消除零点的概念。
2024-06-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Hall effect on the magnetic reconnections during the evolution of a three-dimensional magnetic flux rope
本文提出了一种新型HMHD数值模拟,研究三维磁通量绳演化过程中的磁场重联,发现霍尔效应使演化更快更复杂,并在零点附近出现扭曲磁场线的重复发展。
2023-05-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Self-similar solutions of oscillatory reconnection: parameter study of magnetic field strength and background temperature
本文通过二维电阻MHD参数模拟研究磁X点振荡重联,发现内能与磁能比低于0.1时电流密度振荡、欧姆加热和重联喷流温度具有自相似性。
2024-09-18 astro-ph.SR 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
On the importance of separators as sites of 3D magnetic reconnection
该研究通过数值实验发现三维磁重联位点均由分离线穿过,且簇间分离线因连接不同弱场区且伴随强平行电场,是导致磁场全局重构的关键重联位点。
2024-09-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Energy dissipation in magnetic null points at kinetic scales
我们使用动力学粒子模拟和磁流体动力学模拟的观测数据来研究空间等离子体中的零点团簇中的磁重联。研究中的磁位形是由快速绝热磁通绳压缩驱动的,它消耗了几乎一半的初始磁场能量。在这一阶段,强大的电流被激发产生二次不稳定性,系统被带入一个“间歇性湍流”的状态在几个离子陀螺周期。重连事件分布在整个模拟域中,并且能量耗散相当大。许多螺旋零点通过它们的脊柱互连形成嵌入到磁通量绳中的零线;零点对展示了扭转脊柱重联的特征。然而,能量耗散主要发生在剪切层中,所述剪切层由具有相反方向的电流的相邻磁通绳形成。在这些区域中,径向零对自发地出现和消失,与电子流和小尺度电流片有关。模拟中的螺旋零值的数量比径向零值的数量多5 - 10倍,与星团在地球磁鞘中的观测结果一致。具有嵌入螺旋零点的扭曲磁场可能指示未来空间任务(例如磁层多尺度任务(MMS))的主要能量耗散区域。
2015-09-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Explosive Turbulent Magnetic Reconnection
我们报告的湍流磁重联的模拟结果获得使用一个新开发的哈罗德平均磁流体力学模型。我们发现,最初的哈里斯电流片发展在三个方面,这取决于湍流的强度:层流重联,湍流重联,和湍流扩散。湍流重联将磁场能量爆炸性地转化为等离子体的动能和热能,并产生开放的快速重联喷流。这种快速的湍流重联是通过湍流扩散的局部化实现的。此外,通过平均场和湍流的相互作用,局域结构形成。
2013-05-29 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Stabilization of Magnetic Reconnection in Relativistic Current Sheet
最近,相对论热等离子体被强磁场限制的磁重联在与天体物理对象(例如,脉冲星磁层和磁星)。然而,在等离子体片与相对论性高速漂移电流重联尚未调查。因此,我们从理论和计算的角度研究了相对论热等离子体片中高速漂移流的相对论重联增长率。因此,我们认为,相反的相对论重联的快速能量耗散的传统理解,磁重联的增长被抑制。
2020-06-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Current sheet formation and non-ideal behaviour at three-dimensional magnetic null points
的磁场的演变的性质,和电流片的形成,在三维(3D)的磁零点进行了研究。一个运动学的例子表明,对于某些演变的三维零(特别是那些零点特征值的比率是时间依赖的)有没有可能的选择边界条件,使在零理想的领域的演变。电阻MHD模拟表明,这种演变是通用的。一个3D零受到边界驱动剪切运动,它示出,形成了一个电流片定位在零。讨论了电流片的定性和定量性质。伴随着磁片的发展,是局部平行电场的增长,这是磁重联的特征之一。最后,最近的湍流重联理论的结果的相关性进行了讨论。
2007-03-22 astro-ph physics.plasm-ph
The Effect of Resistivity on the Periodicity of Oscillatory Reconnection
本文通过2.5D非线性MHD模拟和小波分析等方法,研究了八个数量级电阻率对振荡重联机制的影响,发现电阻率与重联周期相互独立,但对电流密度振幅、衰减率及零点欧姆加热有显著影响。
2024-03-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Recent Progress on Particle Acceleration and Reconnection Physics during Magnetic Reconnectionin the Magnetically-dominated Relativistic Regime
强磁化等离子体环境中的磁重联被认为是能量快速释放和粒子碰撞的主要过程。目前,人们对相对论性磁重联有着浓厚的兴趣,因为它可能为强磁化天体物理系统中的高能粒子加速和辐射提供新的解释。本文综述了磁主导区中粒子加速和重联物理的最新进展。更多的讨论集中在粒子加速,幂律形成以及重联率问题的物理。最后,对重联加速机制和动力学物理的下一步研究进行了展望。
2020-06-27 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Introduction to Magnetic Reconnection
本文回顾了磁重联的基本概念,提出了大尺度下天体物理重联的一般框架。磁重联是磁场拓扑的重新排列。传统的Sweet-Parker格式和它的一些扩展假设一个非湍流介质,通常产生非常缓慢的重联或不稳定的配置。然而,层流的假设在天体物理学中是不现实的,因为即使在最初安静的环境中,磁重联本身也会驱动湍流。由此产生的湍流有可能提高重连率。这可能导致不稳定的反馈回路,因为重连驱动湍流,而湍流驱动重连。随机重联提出,并随后通过数值模拟进行了测试,高$β$等离子体与磁普朗特数的顺序单位,$Pr_m\sim 1$。该模型预测的重联速度相当于大尺度湍流涡流速度。最近对$Pr_m>1$随机重联的研究表明,在典型的天体物理系统中,流出层的宽度和物质从重联区的喷射速度似乎不受粘性的影响。然而,如果$Pr_m>1$粘度可以抑制小规模的重联事件附近和以下的柯尔莫哥洛夫或粘性阻尼尺度。当$Pr_m$大于雷诺数的根$Pr_m>\sqrt{Re}$时,这将产生粘性抑制大尺度重联的阈值。对于$Pr_m>1$,这导致在粘性耗散尺度和涡旋之间的长度尺度的谱指数$\sim-4/3$大约大$Pr_m^{3/2}$。
2018-06-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Changed paradigm of fast magnetic reconnection
虽然磁重联发生在三维空间中,但重联理论六十多年来一直专注于二维模型。与流体混合理论相关的适定三维数学为快速磁重联的普遍存在-磁场线之间的间隔呈指数变化提供了一个预测性的和令人信服的解释。证明已经被简化,以消除任何合理的理由,以保持对二维模型的关注,这不能代表三维空间的数学属性。
2020-02-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Multi-fluid simulations of chromospheric magnetic reconnection in a weakly ionized reacting plasma
本文首次对弱电离反应等离子体中色球磁重联进行了自洽多流体模拟。我们模拟了Harris电流片中的二维磁重联,数值模型包括离子-中性散射碰撞、电离、复合、光学薄辐射损耗、碰撞加热和热传导。在由此产生的撕裂模式重联中,中性流体和离子流体从重联位点的上游解耦,在重联区域中产生过量的离子,因此产生电离不平衡。在重联区的离子复合,结合Alfvénic流出,快速地从重联位点移除离子,导致快速重联速率独立于Lundquist数。除了允许快速重联,我们发现,这些非平衡的部分电离效应导致的非线性二次撕裂不稳定性的发病在较低的Lundquist数的值比已经发现在完全电离plasma.These模拟提供的证据表明,磁重联在色球可能是负责喷射状的瞬态现象,如针状和色球射流。
2012-10-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fast and slow two-fluid magnetic reconnection
提出了一个描述由电子和离子组成的不可压缩等离子体中准稳态二维磁重联的双流体磁流体力学(MHD)模型。我们发现两个不同的制度缓慢和快速重联。这两种机制的存在可以为宇宙和实验室等离子体中经常观察到的磁能的初始缓慢积累和随后的快速释放提供一种可能的解释。
2010-05-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Self-Feeding Turbulent Magnetic Reconnection on Macroscopic Scales
在MHD方法中,我们发现磁重联以两种完全不同的方式进行。第一个是众所周知的:层流斯威特-帕克过程。但是第二个完全不同的混乱的重连过程是可能的。这种状态具有直接的实际相关性:i)它的速度要快得多,在阿尔文时间的尺度上发展,ii)重联区域在宏观区域上变得混乱。快速过程的开始是形成封闭的环流模式,在这种模式下,从重联区域出来的喷流转过身来,强行返回,携带着大量的磁通量。
2008-05-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Competition of magnetic reconnections in self-generated and external magnetic fields
本文通过激光等离子体实验研究自生磁场与外加磁场中磁重联的竞争,发现外加磁场可抑制自生磁场中的磁重联。
2024-07-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Three-Dimensional Geometry of Magnetic Reconnection Induced by Ballooning Instability in a Generalized Harris Sheet
本文首次报道了广义Harris单中由气球不稳定性引起的磁重联过程的三维几何结构。准分界线层的空间分布和结构,以及它们的时间出现和演变,表明相关的磁重联只能发生在一个三维的几何形状,这是不可约的任何二维重联过程。这一发现为亚暴爆发问题的长期争论提供了一个新的视角,并阐明了重联和气球不稳定性的综合作用。它还与先前在各种自然和实验室等离子体中发现的3D重连过程的普遍存在有关。
2017-02-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
A transport-like approach to turbulence-mediated magnetic reconnection
针对自驱动湍流介导的磁重联,论文利用重联与湍流涨落的时间尺度分离及平均场的MHD尺度特性,提出类输运框架,为高效数值计算提供理论支撑。
2023-12-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetic reconnection in strongly magnetized regions of the low solar chromosphere
采用MHD方法模拟了2.5维多流体反应模型中部分电离等离子体,研究了太阳低层大气温度极小区附近强磁化区的磁重联.结果表明,在低$β$等离子体中,在没有磁零点的情况下,电离和中性流体流在整个重联区域中耦合良好。然而,非平衡电离-复合动力学在确定重联区域的结构中起着关键作用,与假设等离子体处于电离-复合平衡的模拟相比,非平衡电离-复合动力学导致低得多的温度升高和更快的磁重联速率。即使初始等离子体$β$与$β_0=1.46$一样高,等离子体的中性成分的电离速率也总是快于电流片区域内的复合。当重联磁场超过千高斯并且等离子体$β$低于0.0145时,初始弱电离的等离子体可以在重联区域内变得完全电离,并且电流片可以被强烈加热到$2.5\times10^4$ ~K以上,即使大部分碰撞耗散的磁能被辐射走。霍尔效应略微增加了重联率,但在没有磁零点的情况下,它不会导致显著的不对称性或将重联电流片的特性改变到米级。
2017-12-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless Magnetic Reconnection via Alfven Eigenmodes
我们提出了一种分析方法,将无碰撞磁重联问题表述为Alfven本征模的产生和耗散过程。阿尔芬本征模受到电流片的限制,就像量子机械波受到双曲正切势的限制一样。重联的动力学时间尺度是系统尺度除以n=1模式的本征值传播速度。的n=1模式的预测显示出良好的协议与现场测量的重连接相关的霍尔领域。
2009-07-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Topological Analysis of Magnetic Reconnection in Kinetic Plasma Simulations
磁重联是一种普遍存在的等离子体过程,其中相反方向的磁场线断裂和重新结合,导致磁场拓扑结构的改变。重联产生磁岛:由磁场线包围并由重联点分隔的区域。正确识别这些特征对于理解粒子加速和等离子体的整体行为非常重要。我们提出了一个基于轮廓树的可视化的鲁棒性和客观的识别岛屿和重联点的二维(2D)磁重联模拟。这种可视化的应用程序,一个简单的模拟揭示了以前没有报道的物理现象,导致更全面的理解磁重联。
2020-09-01 cs.GR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Basic Pattern of Three-dimensional Magnetic Reconnection within Strongly Turbulent Current Sheets
本研究开发了一种新方法来识别和分析强湍流电流片中的多尺度重联碎片,揭示了其准二维片状结构特征及重联率分布规律,首次为太阳耀斑中三维湍流磁重联提供了定量测量。
2025-04-07 astro-ph.SR physics.plasm-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
Unstable magnetic reconnection self-generates turbulence
The University of Manchester(曼彻斯特大学)
本研究通过高分辨率模拟揭示了不稳定的磁重联如何自动生成湍流,并展示了湍流能量注入与非线性能量 cascade 的机制。
2026-02-24 physics.flu-dyn physics.plasm-ph