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
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
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
Some remarks on the diffusion regions in magnetic reconnection
本文用理论和Vlasov模拟方法研究了反平行磁重联中扩散区的结构。磁扩散被认为是对冻结状态的弛豫，这取决于参考速度场。一个场对齐的组件的冻结条件提出了评估的扩散过程。相对于离子和电子体流的扩散签名表示重连站点附近的离子和电子扩散区域。电子扩散区类似于能量耗散区。这些结果是有利的，以前的预期，电子尺度的耗散区域被包围的离子尺度的霍尔物理区域。
2014-03-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-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
Reconnection Diffusion, Star Formation and Numerical Simulations
我们认为快速的磁重联，发生在湍流磁通量，并表明该过程的结果在扩散的磁场和物质，我们称之为重联扩散。重联扩散过程是基于弱湍流磁场的三维重联模型，适用于完全电离和部分电离气体。重联扩散的速率不依赖于电离的水平，因此通常采用的双极扩散的想法得到无关的磁场在湍流流体中的传输。我们认为，重联扩散过程是违反通量守恒在高导电湍流流体的表现。我们讨论了恒星形成和应力的重联扩散的后果。我们表明，大尺度上的重联扩散是独立的小尺度磁场动力学的磁场。我们的结论是，数值模拟正确地代表了实际的天体物理磁场在流动中的扩散与大得多的伦德奎斯特数，如果这些模拟区域的地区是动荡的。
2013-04-10 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
A New Electric Field in Asymmetric Magnetic Reconnection
我们提出了一个理论和数值证据的存在一个以前未探索的面内电场在无碰撞的非对称磁重联。这个电场被称为“拉莫尔电场”，与有限拉莫尔半径效应相关，并且与已知的霍尔电场不同。潜在地，它可能是即将到来的磁层多尺度（MMS）任务的一个重要指标，以定位重连地点，因为我们预计它将出现在磁层一侧，指向地球，在昼侧磁层顶重连地点。
2013-09-12 physics.space-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
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
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 signatures of the region surrounding the X-line in asymmetric (magnetopause) reconnection
动力学粒子模拟被用来识别在非对称磁重联过程中电子扩散区（EDR）及其周围的特征。在重联磁场反转处指向太阳的正常电场（EN > 0）中的“肩”是EDR的良好指标，并且是由x线附近的磁鞘电子弯曲轨道引起的。在X线向地的方向，被EN加速的电子在垂直于B的平面内形成强电流和新月形分布函数。就在X线的下游，平行的电场产生场对准的新月形电子分布函数。在直接上游磁鞘，磁场强度，等离子体密度和垂直电子温度低于渐近状态。在磁层流入区，磁鞘离子侵入导致指向地球的电场和磁层粒子的平行加热。上述性质中的许多性质在至少为1的引导场下仍然存在。
2016-02-02 physics.space-ph
The structure of a perturbed magnetic reconnection electron diffusion region
我们报告在原位观察的电子扩散区（EDR）和相邻的分界线区域。我们观察到显着的磁场振荡附近的较低的混合频率传播垂直于重联平面。我们还发现，接近EDR的强电子尺度梯度在类似的频率下表现出显着的振荡。这样的振荡是不期望的交叉稳定的2D EDR，可以解释由电流片扭结引起的重连平面的复杂运动在重连平面外的方向传播。因此，所有三个空间维度都必须考虑到解释所观察到的扰动EDR交叉。
2021-03-23 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
Generation and Effects of Electromotive Force in Turbulent Stochastic Reconnection
重联是等离子体中控制磁能耗散和扩散的重要过程。已经很清楚，它的速率被湍流增强，重连本身可能会增加它的随机性，但连接这两种效应的主要机制仍然没有完全理解。这项工作的目的是确定，从电动势的条款，负责提高湍流等离子体中的重联率的主要物理过程。我们采用全三维数值模拟随机重联驱动的湍流和估计的生产和耗散的湍流能量和交叉螺旋度，产生的剩余螺旋度的量，并确定这些量和重联率之间的关系。我们观察到的电动势的发展，在所研究的模型与等离子体- $β= 0.1 - 2$和伦德奎斯特数$S=10^{-5}-10^{-4}$。湍流能量和剩余螺旋度在大尺度电流片中发展，后者降低了湍流磁扩散的影响。我们证明，随机重联，除了湍流，可以产生大量的交叉螺旋度以及。然而，交叉螺旋度湍流能量比与重联率没有相关性。我们表明，它足够大的值是不是一个必要条件快速重联发生。结果表明，交叉螺旋度是湍流场所固有的，但重联率的增强可能是由磁湍流扩散效应引起的，并受剩余螺旋度的控制.
2021-04-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Rate of steady-state reconnection in an incompressible plasma
在不可压缩等离子体中二维对称重联的最简单的情况下，得到的重联率。在简短的说明（Erkaev等人，物理学评论快报，84，1455（2000）），通过匹配外Petschek解和内扩散区解来找到重连率。在这里的扩散区的数值模拟的细节和渐近过程，用于推导重联率进行了说明。重连率作为扩散区长度的递减函数而获得。对于一个足够大的扩散区域尺度，重联率变得接近的斯威特-帕克解决方案中获得的反平方根依赖于磁雷诺数，确定为全球规模的电流片。另一方面，对于一个小的扩散区的长度尺度，重联率原来是非常相似的Petschek模型中获得的对数依赖于磁雷诺数。这意味着，Petschek制度似乎是可能的，只有在一个强烈的本地化的导电性对应于一个小规模的扩散区的情况下。
2001-11-26 physics.geo-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Jet deflection by very weak guide fields during magnetic reconnection
反平行重联的模拟显示了从x点流出的准直电子喷流，以及相关的高度伸长的“外部电子扩散区”。“新的PIC模拟，离子/电子质量比高达1836，表明喷流被平面外引导场Bg偏转到磁分界线，Bg小到渐近重连场B 0的0.05倍。外电子扩散区发生畸变和破碎，但扩散速率不变。这些结果被解释在电子动力学方面，并进行比较，最近的测量重联射流的磁鞘。
2010-10-30 physics.plasm-ph 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
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
In situ Evidence of Breaking the Ion Frozen-in Condition via the Non-gyrotropic Pressure Effect in Magnetic Reconnection
为了使磁重联继续进行，在局部扩散区域中的离子流体和电子流体的冻结条件必须被惯性效应、热压效应或物种间碰撞所破坏。目前还不清楚是哪些潜在的效应使扩散区的离子流体解冻。通过分析THEMIS航天器在向阳面磁层顶的现场测量，我们提出了明确的证据，离子压力张量的非对角分量是主要负责打破离子冻结在重联条件。非对角压力张量是扩散区离子退磁的流体表现形式，它对应于非各向异性压力效应。从离子动量方程的角度来看，报告的非回旋离子压力张量是一个基本方面，在指定的重连电场，控制如何快速重连进行。
2015-04-23 physics.plasm-ph physics.space-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
Superdiffusion revisited in view of collisionless reconnection
利用粒子轨道分为等待轨道和爆发为位于底部的弹道运动（例如Lévy飞行和著名的$κ$分布），从基本统计观点重新检验了无碰撞空间等离子体（如磁层顶附近和磁尾中的等离子体）中的扩散概念。一个严格的推导产生一个反常的扩散系数随时间增加，从而描述超扩散。与普遍的看法相反，超扩散虽然比经典扩散快，但它是一个弱过程。系数的绝对值很小，这是由于等待统计中的异常碰撞频率与无穷小的二进制碰撞频率相比很大。我们提供了平行和垂直的扩散系数，确定时间增加的指数，确定的权力和$κ$二维扩散参考发表的数值粒子在细胞模拟，固定的范围内允许$κ$ s，并构建扩散系数和电阻规模之间的关系。此外，我们找到了一个表达式的异常碰撞频率从电子的赝粘度在重联，从而确定重联作为一个本地化的扩散过程中令人满意的协议与基本的物理概念。
2014-05-09 astro-ph.SR physics.space-ph
The Critical Role of Collisionless Plasma Energization on the Structure of Relativistic Magnetic Reconnection
在磁主导的相对论重联，流入的等离子体耗尽的初始相对论压力在x线和碰撞等离子体加热内的扩散区域是不足以克服这种损失。由此产生的压降导致在x线处的塌陷，基本上是快速重连所需的扩散区域的局部化机制。这个低压区的扩展进一步解释了反平行重联的爆发性质，因为一旦打开流出排气也可以崩溃，这反复触发二次撕裂岛。然而，当存在外部引导场时，可以实现稳定的单个X线重连，因为重连磁场分量在流出处旋转出重连平面，从而提供额外的磁压力来维持打开的排气。
2019-10-20 astro-ph.HE astro-ph.SR 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
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
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
Where should MMS look for electron diffusion regions?
MMS任务的一个很大的可能成就是穿越电子扩散区（EDR）。EDR是在重连点附近的区域，在那里电子从场线去耦，打破冻结的条件。几十年来对重连的研究已经产生了一个广泛共享的EDR位置图。我们期望重联发生在所谓的x点周围，x点是由分离流入和流出等离子体的分界线相交形成的。EDR围绕该x点形成为嵌套在较大离子扩散区域内的小电子尺度盒。但这种观点是基于2D心态。我们最近提出，一旦在全3D中考虑该问题，就可以形成二次重连事件[Lapenta等人，Nature Physics，11，690，2015]在流出区，甚至在远离主要重联点的下游。我们在这里重新审视这个新的想法，确认即使使用额外的重联指标，甚至考虑更长的周期和更宽的距离，结论仍然是正确的：次级重联网站形成下游的重联流出，导致一种链式反应级联重联网站。如果我们是正确的，MMS将有一个有趣的旅程，即使不一定穿越主站点。即使在轨道运行期间错过了一个主要站点，MMS也可能会在这些次要站点之一上绊倒。
2015-10-13 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
On the observations of rapid forced reconnection in the solar corona
利用2012年5月3日太阳动力学天文台（SDO）上的大气成像组件（AIA）的多波长成像观测，我们提出了一个新的物理场景，在日冕中形成一个临时的X点，在那里等离子体动力学是由移动的日珥迫使外部。自然扩散并不占主导地位，然而，突出驱动的流入首先发生，形成薄电流片，然后使强制磁重联在一个相当高的速度。数值模型的观测结果表明，强迫重联可能会迅速和有效地发生在更高的速率在太阳日冕。这种物理过程也可以局部加热日冕，即使没有建立一个重要的和自洽的扩散区域。使用参数的数值研究，我们表明，外部驱动器的实现增加了重连的速率，即使当创建正常扩散区所需的电阻率在X点降低。我们推测，适当的外力可以使相反方向的场线进入临时创建的扩散区，首先通过等离子体流入的观察。此后，重连和相关的等离子体流出可能以相当大的速率发生。
2019-10-02 astro-ph.SR physics.space-ph
Energy transport during 3D small-scale reconnection driven by anisotropic plasma turbulence
无碰撞等离子体中的能量耗散是一个长期存在的基本物理问题。虽然众所周知，磁重联和湍流耦合和传输能量从系统尺度到亚质子尺度，能量分布和能量耗散渠道的细节仍然知之甚少。特别是，与三维（3D）的小尺度重联发生的湍流级联的结果是未知的能量传递和运输。我们使用一个显式的完全动力学的粒子在细胞中的代码来模拟三维小尺度磁重联事件中形成的各向异性和Alfvénic衰减湍流。我们确定了一个高度动态和不对称的重联事件，涉及两个重联通量绳。我们使用基于玻尔兹曼方程的双流体方法来研究与重联事件相关的空间能量传递，并将双流体能量方程中的功率密度项与标准的基于能量的阻尼，加热和耗散代理进行比较。我们的研究结果表明，电子体流传输热能密度比动能密度更有效。此外，在我们的湍流重联事件中，能量密度转移是由等离子体压缩。这与湍流流片和湍流重联事件一致，但与层流重联不一致。
2022-08-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Analytical Model of Fast Magnetic Reconnection with a Large Guide Field
首次提出了大引导场下快速磁重联的解析理论。我们确认，两个不同的重联制度是可能的，这取决于扩散区厚度$δ$是大于或小于声音gyroradius $ρ_s$。对于$δ\gtrsim ρ_s$，重新连接是缓慢的或类似于Sweet-Parker的，否则是快速的。然而，在快速制度，我们发现，离子粘度$μ$起着关键作用。特别地，对于$δ< ρ_s$，扩散区厚度与$Ha^{-1}$成比例，其中$Ha \propto 1/\sqrt{ημ}$为哈特曼数，并且重连率与$Pr^{-1/2}$成比例，其中$Pr = μ/η$为普朗特数，并且$η$为电阻率。如果垂直离子粘度用于$μ$，则重连速率变得与等离子体$β$和碰撞频率无关，因此可能快。
2010-01-11 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
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
In-situ evidence of electron energization in the electron diffusion region of magnetotail reconnection
磁重联是实验室、空间和天体物理等离子体中的一种爆炸性能量释放过程。虽然磁场可以在一个叫做电子扩散区（EDR）的非常小的区域内“断开”和“重新连接”，但关于这个区域是否可以成为等离子体快速扩散的地方，一直存在相互矛盾的理论。在这里，我们报告一个偶然的遭遇EDR的THEMIS在地球的磁尾，显着加热和退磁的电子被观察到。在EDR的两侧（紧邻上游和下游）都观察到了额外的湍流，导致整个区域的湍流总量超过一个数量级。结果表明，尽管它的微小的尺寸，EDR确实有助于通过磁重联的电子重联的整个过程。
2016-02-26 physics.space-ph
On the Value of the Reconnection Rate
数值模拟一致地表明，在某些无碰撞区域中的重连速率可以很快，大约为$0.1 v_A B_u$，其中$v_A$和$B_u$是阿尔文速度和离子扩散区域上游的重连磁场。这个特定的值已经在不同条件下的无数数值模拟中得到了报道。然而，尽管经过数十年的研究，支撑这一特定价值的原因仍然是神秘的。在这里，我们提出了一个概述这个问题，并讨论了条件下，“0.1值”的实现。此外，我们解释了为什么这个问题应该解释的离子扩散区的长度。
2016-09-10 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-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
Role of ion acoustic instability in magnetic reconnection
Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）
本研究探讨了离子声不稳定性在磁重联中的作用，发现其主要效应是驱动离子加热，而非显著增加异常电阻率。
2025-05-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Observations of Asymmetric Lobe Convection for Weak and Strong Tail Activity
在这项研究中，我们使用来自星团上电子漂移仪的高质量对流数据来研究当行星际磁场具有主导的东西向（B $_{y}$）分量时，近地尾巴活动如何影响磁尾叶的平均对流模式。两个不同的代理已被用来代表不同程度的重连在近地尾巴：AL指数的值和亚暴阶段确定的亚暴开始和阶段从指数的Electrojet算法。我们发现，对流的变化，从占主导地位的Y $_{GSM}$方向，但相反的两个半球，更倾向于向等离子体片的流动，作为对流的南北分量增加时，重联增强在近地尾巴。这一结果与最近对电离层对流的观测结果一致，这表明当尾部重连增加时，夜侧对流模式变得更加南北对称。这也得到了来自两半球的同步极光观测的支持，这表明共轭极光特征在亚暴扩展阶段变得更加对称。不对称性的减少意味着在近地尾强重联期间，叶中的不对称压力平衡发生了变化。
2021-09-01 physics.space-ph
Role of Electron Inertia and Reconnection Dynamics in a Stressed X-point Collapse with a Guide-Field
在以前的无碰撞二维磁重联的模拟中，人们一致地发现，打破冻结条件的广义欧姆定律中的项是电子压力张量的非回旋分量的发散。采用完全相对论性的粒子模拟程序（PIC）模拟了二维和三维空间中的$X$点塌缩过程。我们发现，在一个二维$X$点崩溃的引导场接近的强度的面内场，沿扩散区的诱导剪切流的增加导致一个新的重联制度中，电子惯性项发挥主导作用的$X$点。这种转变的标志是磁岛的出现-因此是第二个重联点-以及沿着电流片移动的电子流涡旋。在$X$ -点的重联电场示出超过所有较低的引导场的情况下，为一个短暂的时期，表明在重联强的突发。通过将模拟扩展到三个空间维度，结果表明，沿电流片（可视化的$Q$值）的涡流的位置在平面外的方向变化，产生倾斜的涡流管。扩散区两侧的涡流管向相反的方向倾斜，类似于斜撕裂模式重联中的分叉电流片。涡流管的倾斜角进行了比较，理论估计，并发现是一个很好的匹配。粒子速度分布函数为不同的引导场运行，2.5D和3D模拟，进行了分析和比较。
2016-08-03 astro-ph.SR 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
Collisionless Magnetic Reconnection in Space Plasmas
磁重联需要打破冻结条件，冻结条件将旋转的带电粒子与抑制扩散的磁场联系在一起。在近地空间，持续的重连被认为是激发亚暴、磁暴、产生场向电流及其后果、丰富极光现象的原因。它的理论认识现在即将完成。重接发生在薄电流片中。分析概念逐渐深入到微观尺度，即电子趋肤深度或惯性长度的尺度，认识到薄的电流层优先进行自发重连。当等离子体流入迫使厚电流层变薄时，厚电流层开始重新连接。近半个世纪以来，重联的物理机制一直是个谜。最近，航天器的原位观测结合二维和三维的复杂数值模拟澄清了这一迷雾，发现重联在重联点周围的电子惯性（也称为电子扩散）区域（X线）内产生了电流层的特定结构。重联的发生归因于电子惯性和阻力辅助下的电子压力张量的伪粘性贡献，产生了复杂结构的电子电流片、电场和沿电流层延伸的电子排气。本文综述了无碰撞重联的一般背景理论和数值模拟的最新进展。在篇幅有限的简短回顾中，不可能涵盖重新连接的整个领域。呈现必然是粗略的，由我们的品味，偏好和知识决定。只有少量的观察，以支持少数选定的数值模拟。
2014-01-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
MMS observation of asymmetric reconnection supported by 3-D electron pressure divergence
我们确定了一个昼侧电子扩散区（EDR）遇到的磁层多尺度（MMS）的任务和估计的条款，控制能量转换的X点附近的广义欧姆定律。MMS穿过中等切变（130度）的磁层顶向南的确切的X点。MMS可能进入磁层顶远离X点，外的EDR，作为重联层的大小小于但相当于磁鞘质子回旋半径，也作为各向异性的回旋“流出”新月形电子分布进行了观察。MMS然后接近X点，在那里所有四个航天器同时观察到EDR的特征，例如，强的面外电子流、中等的电子各向异性、强的电子各向异性、非理想的电场、非理想的能量转换我们发现，与非理想能量转换有关的电场（a）可以很好地用广义欧姆定律中的电子惯性项和压力发散项之和来描述，尽管（b）压力发散项以大约5：1的因子支配惯性项，（c）旋向性压力和无旋向性压力都有助于X点处的能量转换，以及（d）压力张量中的重联平面外梯度（d/dM）和面内梯度（d/dL，N）都有助于X点附近的能量转换。这表明，该EDR在观察到重联位点的时间（和位置）期间在面外方向上具有一些电子尺度的结构。
2018-01-05 physics.space-ph
Electron-Scale Dynamics of the Diffusion Region during Symmetric Magnetic Reconnection in Space
磁重联是一种能量转换过程，在包括地球磁层在内的许多天体物理学背景下都很重要，在那里可以原位研究该过程。在这里，我们提出了第一次遇到的重连网站由美国宇航局的磁层多尺度（MMS）航天器在磁尾，重连涉及对称的流入条件。前所未有的电子尺度等离子体测量显示：（1）超阿尔文电子喷流达到20，000 km/s;（2）电子在电场作用下的曲折运动和加速，产生多个新月形结构;（3）电子扩散区的空间尺寸意味着重联率为0.1-0.2。结构良好的多层电子种群表明，尽管存在的湍流附近的重联网站，关键的电子动力学似乎主要是层流。
2018-09-18 physics.space-ph
The Effects of Turbulence on Three-Dimensional Magnetic Reconnection at the Magnetopause
对磁层多尺度飞行任务（MMS）最近遭遇的磁层顶电子扩散区进行了二维和三维粒子模拟。虽然二维模拟是层流的，但在三维模拟中，湍流在x线处和沿磁分离线发展。湍流的强度足以使重联岛周围的磁场发生混乱，并产生异常电阻率和异常粘滞性。每一个都对打破电子扩散区的冻结条件有很大贡献。令人惊讶的是，在MMS观测和二维模拟中看到的速度空间中的新月形特征即使在三维系统的湍流环境中也存在。这表明MMS对新月形分布的测量并不排除湍流在磁层顶重联中起重要作用的可能性。
2016-06-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron-only Reconnection in Ion-scale Current Sheet at the Magnetopause
在磁重联的标准模型中，离子和电子都耦合到新重联的磁场线上，并以双向爆发离子和电子喷流的形式被喷离重联扩散区。最近的观测提出了一种新的模型：电子尺度电流片中没有离子耦合的只有电子的磁重联。利用磁层多尺度探测器（MMS）的观测数据，在地磁层顶距X线至少40 di处观测到一个长的内电子扩散区（EDR），这意味着EDR的延伸范围比理论和模拟预测的要长得多。该内部EDR嵌入在离子标度电流片中（4 di的宽度，di是离子惯性长度）。然而，这种持续的磁重联并不伴随着爆发离子流出，这意味着在离子尺度电流片中存在仅电子重联。我们的观测结果对理解电子尺度电流片中的标准磁重联模型和唯电子重联模型提出了新的挑战。
2021-09-27 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-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
A violin sonata for reconnection
当在自然中研究或在3D模拟中建模时，磁重联的过程与标准的2D范例卡通有一个关键的不同：它伴随着电磁场和等离子体特性的许多波动。我们开发了一种新的诊断方法，地形起伏分析（TFA），以研究在重联网站周围的各个区域的波动频谱。我们发现，波动属于两个非常不同的制度。第一个制度是更好地了解，它的发展在重联流出，其特点是等离子体和电磁波动之间的强联系，导致通过异常粘度和电阻率的动量和能量交换。但是还有第二个新的区域：它在流入和分界面周围的区域中发展，包括重联扩散区域本身。在这种新的状态下，等离子体保持层流，但电磁场强烈波动。我们提出了一个比喻与平稳连续运动的小提琴产生的振动弦发出音乐的弓。
2019-04-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
2D reconstruction of magnetotail electron diffusion region measured by MMS
近地空间无碰撞磁重联模型具有二维和三维两种不同的特点。在2D动力学模型中，电子流体的冻结定律通常被涉及由电子轨道大小设置的结构的层流动力学打破，而在3D模型中，电子扩散区域的宽度被湍流效应加宽。我们提出了一个分析，从地球的磁尾的一个偶然的遭遇与一个活跃的重联区域的原位航天器观测，映射到一个二维空间域的意见。虽然该事件可能受到低频3D动力学的干扰，但电子扩散区域的结构与2D动力学模拟的结果保持一致。因此，该事件代表了对二维动力学和层流重连模型的独特验证。
2022-09-24 physics.plasm-ph physics.space-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
New Insights on the High Reconnection Rate and the Diminishment of Ion Outflow
本研究通过粒子网格模拟探究纯电子重联的高重联率与离子外流减弱机制，揭示高离子归一化重联率源于离子扩散区发育不全，高β_i下离子外流减弱与回旋半径超系统尺度导致的随机加速有关，为理解重联结构及状态转变提供新见解。
2025-01-16 physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic Reconnection in the Plasma Disk at 23 Jupiter Radii
本研究首次在木星内磁层探测到离子扩散区，证实磁重联事件由离心力驱动的局域磁通管互换引发，为木卫一等离子体输运及快速旋转系统中的磁重联作用提供新见解。
2025-03-26 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
A comparative study of resistivity models for simulations of magnetic reconnection in the solar atmosphere
本文利用Bifrost代码比较了三种异常电阻率模型在太阳磁重联模拟中的表现，发现它们在二维日冕重联实验中的大尺度演化结果相似，而一维Harris电流片实验则需对扩散参数进行不同程度的重新校准。
2023-05-30 astro-ph.SR physics.space-ph
Plausibility of ultraviolet burst generation in the low solar chromosphere
紫外暴和埃勒曼弹是发生在太阳低层大气中的小尺度磁重联事件。目前还不清楚紫外线爆发是否必须在比EB更高的大气层产生，或者紫外线爆发和EB是否都可以发生在低色球层。数值研究了太阳温度极小区（TMR）附近的低$β$磁重联过程。在MHD程序中加入了氢和氦随时间变化的电离度，从而更真实地模拟了由电子与中性粒子碰撞和双极扩散引起的磁扩散。模拟中包括来自Carlsson & Leenaarts 2012的更现实的辐射冷却模型。我们的高分辨率结果表明，当重联磁场强度达到$500$ G时，重联区的等离子体被加热到$20,000$ K以上，这表明在致密的低色球层中可以产生紫外暴.在低色球层产生紫外暴的主要机制是加热，这是重联过程中局部压缩的结果。发生在重联区的热能迅速增加后，由等离子体团介导的湍流重联调用。在重联区域中产生的热能的平均功率密度可以达到超过$1000$ erg cm $^{-3}$ s $^{-1}$，这与占UV爆发的平均功率密度相当。当重联磁场强度超过$900$ G时，合成的Si IV 1394 A多峰谱线宽度可达$100$ km s $^{-1}$，与观测结果一致。
2022-07-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Role of magnetic reconnection in MHD turbulence
目前对MHD湍流的理解设想湍流涡旋在所有三个方向上都是各向异性的。在垂直于局部平均磁场的平面上，这意味着这种涡旋在小尺度上变成了电流片状结构。我们分析了磁重联在这些结构中的作用，并得出结论，重联成为重要的尺度$λ\sim L S_L^{-4/7}$，其中$S_L$是外尺度（$L$）伦德奎斯特数和$λ$是最小的场垂直涡尺寸。这个尺度大于由涡流的电阻性扩散所设定的尺度，因此意味着能量耗散的路线与由柯尔莫哥洛夫现象学所预测的路线从根本上不同。特别是，我们的分析预测存在的亚惯性，重联间隔的MHD湍流，傅立叶能量谱$E(k_\perp)\propto k_\perp^{-5/2}$，其中$k_\perp$是波数垂直于当地平均磁场。同样的计算也进行了高（垂直）磁普朗特数等离子体（$Pm$），其中的重联规模被发现是$λ/L\sim S_L^{-4/7}Pm^{-2/7}$。
2016-12-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence and Transport During Guide-Field Reconnection at the Magnetopause
我们分析的发展和影响的湍流在三维粒子模拟的导场磁重联在磁层顶的参数的基础上的电子扩散区的观测磁层多尺度（MMS）任务。沿分界线的湍流是低杂波漂移不稳定性（LHDI）的一种变体，其产生的电场波动幅度远大于重联电场。湍流控制了密度和电流分布的尺度长度，同时使穿过磁层顶的重要传输成为可能，尽管电子仍然冻结在磁场中。在X线附近，电子没有被冻结，并且与LHDI不同的湍流通过反常粘性对广义欧姆定律做出了显著的净贡献。湍流和伴随粒子输运的特征与MMS观测中的波动幅度一致。然而，对于这一事件的模拟表明，MMS航天器没有足够接近的电子扩散区的核心，以确定该地区的异常粘度是重要的。
2019-10-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Local regimes of turbulence in 3D magnetic reconnection
当在自然中研究或在3D模拟中建模时，磁重联的过程与标准的2D范例卡通有一个关键的不同：它伴随着电磁场和等离子体特性的许多波动。我们开发了一种诊断方法来研究重连点周围各个区域的波动谱。我们定义的通量函数的局部值，确定的距离形成的重联网站，在流出和流入的负值正值的区域。我们发现，波动属于两个非常不同的制度取决于当地的等离子体β（定义为等离子体和磁压力的比率）。第一个政权的发展中的重联流出β是高的，其特征在于通过异常的粘度和电阻率导致动量和能量交换的等离子体和电磁波动之间的强联系。但是还有第二个低β区域：它在流入和分界面周围的区域中发展，包括重联电子扩散区域本身。值得注意的是，这种低β等离子体，其中磁压占主导地位，保持层流，即使电磁场是湍流。
2019-10-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
