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
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
Compression and Reconnection Investigations of the MagnetoPause (CRIMP): A Mission Concept to Uncover the Impact of Mesoscale Reconnection and Plasma Outflow Processes at the Dayside Magnetopause
Space Science Center, University of New Hampshire（新罕布什尔大学空间科学中心）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（哈佛与史密森尼天体物理中心）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Georgia State University（佐治亚州立大学）；The Catholic University of America（美利坚天主教大学）；Instituto Tecnológico de Aeronáutica（巴西航空技术研究所）；The Aerospace Corporation（航空航天公司）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Remcom Inc.（Remcom公司）；NASA Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（美国宇航局喷气推进实验室，加州理工学院）；Space Sciences Laboratory, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校空间科学实验室）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Southwest Research Institute（西南研究院）
CRIMP任务通过两艘相同航天器研究地球磁层边界的小尺度结构和粒子流出，揭示磁鞘小尺度驱动、日侧磁层边界现象和局部等离子体流出对磁重联和能量传输的影响。
2026-08-10 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Diamagnetic Suppression of Component Magnetic Reconnection at the Magnetopause
我们提出了一个系统（如磁层顶）中的无碰撞磁重联的粒子模拟与一个大的密度不对称的电流层。在存在垂直于重联平面的磁场的环境分量的情况下，梯度产生抗磁漂移，该抗磁漂移以电子抗磁速度平流X线。当离子和电子之间的相对漂移是阿尔芬速度的数量级时，快速重联所需的X线大规模流出不能发展，重联被抑制。我们将讨论这些影响如何随等离子体β和重连场的剪切角而变化，并讨论在磁层顶抗磁稳定的观测证据。
2003-05-07 astro-ph physics.space-ph
Separator Reconnection at Earth's Dayside Magnetopause: MMS Observations Compared to Global Simulations
我们将地球磁层的全球高分辨率电阻磁流体动力学（MHD）模拟与2015年10月16日期间向南IMF磁层顶穿越的磁层多尺度（MMS）星座的观测结果进行了比较，该事件先前被确定为电子扩散区（EDR）事件。模拟预测了一个复杂的时间依赖性的磁拓扑结构，包括多个分离器和磁通绳。尽管拓扑结构复杂，MMS和主分离器之间的预测距离小于0.5个地球半径。这些结果表明，决定昼侧磁层顶电子扩散区位置的是全球磁拓扑结构，而不是单独的局部磁几何结构。
2017-08-03 physics.space-ph
Direct Evidence of a Highest Wave-Driven Energetic Electron Flux at the Earth's Magnetopause
本文首次观测到日下点附近磁层顶无重联信号时650 keV高能电子通量持续增强，发现其与多种波同时出现，理论建模证实波由电子温度各向异性和损失锥分布产生，为磁层顶高能电子通量增强机制提供新证据。
2024-12-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Observations of an Electron-cold Ion Component Reconnection at the Edge of an Ion-scale Antiparallel Reconnection at the Dayside Magnetopause
太阳风参数对重联率起主导作用，它控制着地球磁层顶太阳风-磁层耦合效率。此外，在磁层顶磁层一侧经常探测到的来自电离层的低能离子也会影响磁重联。然而，低能离子在重联中的具体作用仍然是一个正在积极讨论的悬而未决的问题。在目前的工作中，我们报告了在2015年9月11日使用NASA的磁层多尺度数据在低能离子存在下对多尺度，多类型磁层顶重联的原位观测。这项研究将离子分为冷离子群和热离子群。观测结果可以解释为二次重联主要由电子和冷离子位于离子尺度重联的边缘。这一分析表明，冷离子在没有热离子响应的二次重联中起主导作用。冷离子和电子被次级过程加速和加热。该研究为反平行和分量重联的同时发生提供了观测证据。结果表明，二次重联中的预加速和加热冷离子和电子可能参与了一次离子尺度的重联，影响了太阳风-磁层顶耦合，而复杂的磁场拓扑结构影响了重联率。
2021-09-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Simulation of plasmaspheric plume impact on dayside magnetic reconnection
在强磁活动期间，冷致密等离子体从plasmaspheric通常形成一个羽状延伸向向阳面磁层顶，最终到达it.In这项工作中，我们提出了一个大规模的二维完全动力学粒子在细胞模拟的重连磁层顶击中一个传播plasmaspheric羽。模拟的设计，使它经历了四个不同的阶段：初始非定常状态，稳定状态之前，羽流到达磁层顶，羽流相互作用和稳定状态，一旦羽流被很好地吞没在重连网站。我们显示的磁层顶的动态的演变受到修改的流入等离子体。我们的主要结果是，等离子体温度（羽流中的冷质子）的变化对磁重联率没有影响，平均而言，磁重联率仅取决于撞击前、撞击期间和撞击后流入的磁场和总离子密度。
2020-02-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Soft X-Ray Imaging of Magnetopause Reconnection Outflows Under Low Plasma-$β$ Solar Wind Conditions
利用全球磁流体动力学模拟模型研究了地球磁层周围太阳风电荷交换过程的软X射线辐射。向阳面的磁层顶重联加热并加速了等离子体，从而使X射线发射变得像南行星际磁场条件下的$\sim 6 \times 10^{-6} {\rm\ eV}\ {\rm cm}^{-3}\ {\rm s}^{-1}$一样明亮。特别是，在低等离子体$β$太阳风条件下，我们发现，X射线强度反映了从重联区流出的批量运动。我们建议，这种特殊的太阳风条件将允许可视化的中尺度磁层顶重联网站，在日华观察。
2022-10-04 astro-ph.EP astro-ph.SR 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
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
A nearly continuous observation of the equatorial plasmasphere from the inner radiation belt to near a magnetopause reconnection site
2015年10月22日，VAP和MMS获得了对黄昏赤道等离子体云和羽流的全径向范围的近连续观测。在现场等离子体数据和电离层总电子含量的赤道图中，羽流是明显的。赤道等离子体层的性质从它的内辐射带到它的最外边界（磁层顶，靠近重联点）发生了巨大的变化。密度在此范围内降低了$\sim$ 1000倍，并且与$L$ -壳成比例为$L^{-4.3\pm0.4}$，与向外径向运输期间通量管体积膨胀的理论预期非常一致。质子温度在同一范围内增加了$\sim$ 100倍，最明显的加热发生在$L>7$，它被MMS的轨道覆盖。
2018-08-10 physics.space-ph
Equatorial trench at the magnetopause under saturation
利用GOES地球同步卫星的磁测数据，对磁层顶重联饱和时，在南向强行星际磁场下的低纬度向阳侧磁层顶进行了统计研究。从最小方差分析，我们确定了磁层顶的方向，并将其与参考模型的预测进行比较。磁层顶的形状被发现是实质上扭曲的黄昏移动，使鼻区出现在午后部门。在赤道纬度，磁层顶的形状以突出的钝度和午后扇形的海沟为特征。扭曲的起源被认为是在风暴时的磁层电流和大规模的准态重联在向阳侧磁层顶的背景下。
2013-02-15 physics.space-ph
Multi-scale coupling during magnetopause reconnection: the interface between the electron and ion diffusion regions
当航天器间距超过上游离子惯性长度时，磁层多尺度（MMS）遇到了低纬磁层顶重联的初始位置。经典签名的离子扩散区（IDR），包括一个亚离子Alfvénic退磁离子排气，一个超离子Alfvénic磁化电子排气，和霍尔电磁场，被确定。磁层顶与磁层分界线之间的张角为$30^\circ\pm5^\circ$。排气优先向太阳扩展，取代磁鞘。磁鞘分界线和磁层顶之间的离子尺度和电子尺度之间的一个狭窄通道中发生了重连磁通量的强烈堆积。堆积的强度（归一化值为0.3-0.5）与磁层顶相对于整体重联坐标倾斜的大角度一致。MMS-4比其他三个航天器更接近X线两个离子惯性长度，观察到强烈的电子主导电流和堆积内的动力学到电磁场的能量转换。MMS-1、2和3没有观察到强电流，也没有观察到粒子到场的能量转换，但确实观察到了堆积，这表明生成区域的边缘包含在四面体内。与粒子模拟的比较表明，电子流和磁层顶的大倾角是相互关联的非对称霍尔效应的特点。在分界线和磁层顶之间，高密度的流入磁鞘电子制动并转向流出方向，将能量传递给正常的磁场并产生堆积。研究结果表明，电子动力学可能是一个重要的影响磁场结构内的离子扩散区。
2020-07-09 physics.space-ph
Structure and dynamics of the magnetopause and its boundary layers
本文综述了基于Cluster和THEMIS等多航天器任务对地球磁层顶及其边界层结构与动力学的研究进展，重点探讨了磁重联和Kelvin-Helmholtz不稳定性等过程的时空特性、多X线行为及其在太阳风物质输运中的作用与未解之谜。
2024-09-09 astro-ph.EP 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
Atomic and Molecular Nitrogen Ions at the Dayside Magnetopause During the 2024 Mother's Day Storm
本文基于MMS-HPCA观测，首次在2024年母亲节风暴期间于日侧外磁层发现原子和分子氮离子及双电荷氮氧离子，并在重离子质量密度超过磁鞘太阳风的条件下确定了磁层顶重联率，证实磁重联仍可发生。
2025-03-11 physics.ins-det physics.plasm-ph physics.space-ph
Three-dimensional artificial neural network model of the dayside magnetopause
采用Neurosell 2软件包中的人工神经网络（ANN）对向阳面磁层顶进行建模。该模型数据集的基础是磁层顶交叉和相应的太阳风等离子体和行星际磁场的小时平均测量。人工神经网络模型反映了太阳风动压、行星际磁场Bz和By分量对向阳面磁层顶三维形状和大小的影响。该模型首次描述了在较宽的外界条件下向阳面磁层顶的磁尖和整体不对称性的动力学过程。以解析表达式的形式定量地给出了磁层顶大小随By绝对值变化的微小变化。人工神经网络模型显示了Bz分量控制的磁层顶动力学的三个区：压力平衡区（Bz>0 nT）、重联区（0>Bz>-10 nT）和重联饱和区（Bz<-10 nT）。用人工神经网络模型得到的修正压力平衡方程描述了日下点磁层顶动力学的三种不同区域。
2013-02-07 physics.space-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
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
Time-Varying Magnetopause Reconnection during Sudden Commencement: Global MHD Simulations
响应于太阳风动压增强，磁层的压缩产生强烈的电离层信号和地面磁场的急剧变化，称为突然开始（SC）。虽然这种压缩也与电离层极冠的收缩有关，但由于磁尾重连的触发，昼侧重连的任何变化的影响都不太清楚，这是充分理解系统响应的关键组成部分。在这项研究中，我们探讨了随时间变化的性质，白天耦合SC进行全球模拟使用Gorgon MHD代码，并影响磁层与一系列行星际冲击具有不同的参数。我们确定的位置和演变的重连区域在每种情况下的冲击传播通过磁层，发现强烈增强的昼侧重连率和迅速扩大的昼侧极冠之前，最终触发尾部重连。这种影响渗透到各种IMF的取向，和重连率是最增强的事件与较高的动压。我们解释了这一点，通过重复的模拟与一个大的显式电阻率，显示压缩的磁鞘等离子体附近的传播冲击波前允许更大的强度和在不同的位置上的昼侧磁层顶比在典型的太阳风条件下的重连。结果表明，在严重空间天气事件发生期间，昼侧耦合的动态行为可能使重联的稳定模型不准确。
2022-03-26 astro-ph.EP physics.comp-ph physics.geo-ph
Differentiating EDRs from the Background Magnetopause Current Sheet: A Statistical Study
本文基于MMS任务251次磁层顶穿越的统计研究，发现EDR穿越的电流密度比普通磁层顶高一个数量级，并识别出平行电流特征及与位置相关的离子速度，从而为区分EDR与背景磁层顶电流片提供了统计判据。
2023-09-18 physics.space-ph
Non-Maxwellianity of electron distributions near Earth's magnetopause
地球外磁层、磁鞘和太阳风中的等离子体基本上是无碰撞的。这意味着粒子分布通常不处于热力学平衡，并且显著偏离麦克斯韦分布。这些分布的偏差可以通过等离子体过程，如冲击，湍流和磁重联进一步增强。这样的分布对于各种各样的动力学等离子体不稳定性可能是不稳定的，这反过来又修改了电子分布。本文利用磁层多尺度（MMS）航天器的数据计算和量化了观测到的电子分布与双麦克斯韦分布函数的偏差。对数千万个电子分布的统计研究表明，观测到的非麦克斯韦性的主要来源是地球低密度磁层中由不同的热分量和冷分量组成的电子分布。这导致在低密度下的大的非麦克斯韦性。然而，在进行统计研究后，我们发现在给定的密度下观察到大的非麦克斯韦性的区域。高度非麦克斯韦分布经常被发现是地球的弓形激波，在地球的外磁层，并在磁重联的电子扩散区。增强的非Maxwellianities中观察到的湍流磁鞘，但间歇性和不相关的本地过程。探讨了非麦克斯韦性增强的原因。
2021-02-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
The role of the Hall effect in the global structure and dynamics of planetary magnetospheres: Ganymede as a case study
我们提出了高分辨率的霍尔MHD模拟木卫三的磁层证明霍尔电场在离子尺度的磁重联层有显着的全球性影响没有捕获的电阻MHD模拟。与磁重联的局部动力学模拟一致，我们的全球模拟显示了沿磁分界线的强场向电流的发展。这些电流一直延伸到月球表面，在那里它们可能有助于木卫三的极光。在磁层顶和磁尾电流片内，重联平面内的霍尔电流将离子加速到平面外的局部阿尔文速度，产生一个全球性的离子漂移带系统，使木星磁层等离子体在木卫三的磁层中循环。我们讨论了一些可观察到的后果，这些霍尔-感应电流和离子漂移：外观的一个亚木星“双磁层顶”结构，一个Alfvénic离子喷流延伸穿过上游磁层顶和磁层顶开尔文-亥姆霍兹波的不对称图案。
2015-01-02 physics.space-ph
Characterization of Magnetic Flux Contents for Flux Transfer Events and its Implications for Flux Rope Formation at the Earth's Magnetopause
本文利用MMS卫星的GS重建和SuperDARN观测，表征磁层顶FTE磁通量绳的环向与极向磁通量，并将其与电离层重联通量对比，以揭示磁通量绳的形成机制。
2023-09-16 astro-ph.EP 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
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
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
Universality of lower hybrid waves at Earth's magnetopause
在地球的磁层顶经常可以观察到低混合频率附近的波，并且很容易达到非常大的振幅。确定低杂波的性质是至关重要的，因为它们被认为有助于电子和离子加热，交叉场粒子扩散，异常电阻率以及电子和离子之间的能量转移。这些过程对磁层顶的磁重联和边界层的演化起着重要的作用。本文利用磁层多尺度（MMS）卫星对地球磁层顶低混杂波的特性进行了研究。第一次，波的性质进行了调查，使用领域和直接的粒子测量。最高分辨率的电子矩解决了较低的混合波的速度和密度波动，确认电子保持近似冻结在较低的混合波频率。利用场和粒子矩建立了色散关系，并估计波法线角接近背景磁场的$90^{\circ}$。波被证明有一个有限的平行波矢量，这表明它们可以与平行传播的电子相互作用。所观察到的波的性质与理论预测，以前使用的单航天器的方法，和四航天器的定时分析。这些结果表明，单航天器的方法可以准确地确定低杂波的属性。
2019-08-28 physics.plasm-ph physics.space-ph
Review of Mercury's Dynamic Magnetosphere: Post-MESSENGER Era and Comparative Magnetospheres
本文综述了后信使时代水星磁层的研究，并将其与其他行星磁层，特别是地球磁层的动力学进行了比较。本文首先介绍了水星，包括它的行星际环境，磁层，外逸层和导电核心。本文综述了向阳面磁层顶频繁而强烈的磁重联，即通量传输事件“簇射”，以及它们对磁层顶的磁鞘等离子体β和磁剪切角的依赖性，以及它们对通量环流和磁层-地表-外逸层耦合的贡献。其次，综述了极端太阳事件下水星磁层的研究进展，包括太阳活动对昼侧磁层的核心感应和重联侵蚀，以及夜侧磁层的响应。然后，总结了等离子体片的晨昏特性，包括离子的特性、电流片的结构和磁重联的动力学。最后一个主题回顾了水星磁层中的粒子扰动，其中包括磁层顶边界上的开尔文-亥姆霍兹波的扰动、重联产生的磁结构和交叉尾电场。在每一章中，最后一节讨论了与每个主题相关的开放性问题，这些问题可以在模拟和未来的航天器任务中考虑。最后，我们总结了未来的BepiColombo机会，这是欧空局和JAXA之间的联合任务，正在前往水星。
2021-12-06 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-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 origin of the crescent-shaped distributions observed by MMS at the magnetopause
MMS观测最近证实，新月形的电子速度分布在垂直于磁场的平面内发生在地球磁层顶重联点附近的电子扩散区。在本文中，我们重新检查的月牙形分布的起源，根据我们的新发现，离子和电子是在相反的方向漂移时，显示在磁层顶边界正常的坐标。因此，ExB漂移不会导致新月形。我们进行了一个高分辨率的多尺度模拟捕捉亚电子趋肤深度尺度。结果表明，新月形分布是由曲折的轨道，而不一定需要任何额外的过程中发现的磁层顶，如高度不对称的磁层顶双极电场。我们使用绝热哈密顿模型的粒子运动，以确认在磁场梯度的存在下，正则动量守恒导致形成的新月形状，而不调用不对称性或ExB漂移的存在。这一发现的一个重要结果是，我们预计在磁尾也会观察到新月形分布，MMS很快就能验证这一预测。
2017-02-12 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
A Volumetric Study of Flux Transfer Events at the Dayside Magnetopause
向阳面磁层顶的局部磁重联导致了通量转移事件的产生。FTE内的磁场呈现出复杂的螺旋形磁通绳拓扑结构。利用自适应网格细化（AMR）的策略，我们进行了3维磁流体动力学模拟的磁层的类地行星和研究这些FTE的演变。我们第一次在3D中检测和跟踪FTE结构，并呈现FTE演变的完整体积图。FTE体积内的热力学量的时间演变证实，连续重连确实是活跃的FTE增长的主要原因，如从绝热分布的P-V曲线的偏差所示。对FTE的磁特性的调查显示，FTE体积内的垂直电流迅速减少，表现出内部电流趋向于场对齐的趋势。线性无力磁通绳模型的有效性评估表明，这种FTE的结构漂移到一个恒定的$α$状态，但连续重连抑制实现一个纯粹的线性无力配置。此外，计算出选定FTE所包含的通量范围在0.3 - 1.5 MWb之间。具有最高通量含量的FTE构成净昼侧开放通量的$\sim$ 1%。这些通量值进一步与线性无力通量绳模型提供的估计值进行比较。对于选定的FTE，线性无力模型低估了通量含量高达40%，由于连续重新连接通量注入。
2022-08-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Generation of fast magnetoacoustic waves in the corona by impulsive bursty reconnection
本研究通过模拟日冕磁零点与外部扰动的相互作用，发现脉冲爆发式重联产生的等离子体团相关过程可激发快模磁声波，提出波与重联共生（SWAR）机制，为太阳大气加热和太阳风驱动提供新视角。
2024-11-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Intermittent Electron-Only Reconnection at Lunar Mini-Magnetospheres
本文通过高分辨率二维全动力学模拟，发现月球迷你磁层中发生间歇性电子-only 磁重联，产生磁岛和强平行电子流，并增强质子反射，驱动太阳风电磁波动。
2024-02-02 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
The interaction between transpolar arcs and cusp spots
跨极弧和尖点都是行星际磁场偏北时出现的极光现象。跨极弧与磁尾中的磁重联有关，它闭合了磁通量，并导致闭合磁通量的“楔形”，该楔形仍被捕获，嵌入磁尾叶中。尖点是高纬磁层顶波瓣重联的一个指标;在最简单的情况下，波瓣重联重新分配开放通量，而不会导致磁层开放通量含量的任何净变化。我们目前的观察两种现象相互作用-即，在其部分寿命期间与尖点相交的跨极弧。这一观测的意义在于叶重联可以产生打开闭合磁尾通量的效应。我们认为，这样的事件不应该是罕见的。
2016-05-26 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
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
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
Electron scale structures and magnetic reconnection signatures in the turbulent magnetosheath
最近的磁流体力学数值模拟结果表明，无碰撞空间等离子体湍流可以产生重联薄电流片。MMS任务提供了第一个严肃的机会来检查湍流产生的小离子-电子尺度重连是否类似于在磁尾或磁层顶经常观察到的重连事件。在这里，我们调查领域和粒子观测得到的MMS舰队在湍流的地球磁鞘后面的准平行弓形激波几何形状。我们观察到多个小规模的电流片在事件中，并提出了一个检测到的结构之一的详细外观。薄电流片的出现可以导致电子尺度结构，其中离子被退磁。在选定的结构中，我们看到离子退磁，电子射流，电子加热和agyrotropy的签名，这表明MMS航天器在这些尺度上观察到重连。
2017-06-13 physics.space-ph
Comparative Analysis of Dayside Reconnection Models in Global Magnetosphere Simulations
我们测试和比较现有的一些模型预测的位置磁重联在地球的向阳面磁层顶的各种太阳风条件。我们采用强大的图像处理技术来确定每个模型预测重连发生的位置。然后将预测结果与磁分离器进行比较，磁场线分离不同的磁拓扑结构。的预测进行了测试，在不同的高分辨率模拟与行星际磁场（IMF）的时钟角度范围从30到165度的全球磁流体动力学模拟使用三维块自适应树太阳风Roe型逆风计划（BATS-R-US）代码与均匀的电阻率，虽然所描述的技术可以普遍适用于任何自洽磁层代码。进行额外的模拟，以测试IMF强度和偶极子倾斜的位置模型的依赖。我们发现，大多数模型匹配大部分的磁分离器时，IMF有一个向南的分量，与模型说，重新连接发生在当地的重新连接率和重新连接流出速度最大化的表现最好。当IMF有一个向北的分量，没有一个模型测试忠实地映射整个磁分离器，但最大的磁剪切模型是最好的映射分离器的尖点区域已观察到重联。在考虑了平行于磁场重连分量的等离子体流剪切后，对一些具有北向IMF取向的模型的预测得到了改善。观察的影响进行了讨论。
2015-04-23 astro-ph.EP physics.plasm-ph 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
Comparative simulations of Kelvin-Helmholtz induced magnetic reconnection at the Earth's magnetospheric flanks
本研究通过三维电阻性霍尔磁流体动力学模拟，对比有无初始磁剪切的情况，分析了行星际磁场北向时地球磁层侧翼KHI诱发的磁重联差异，量化了双重重联闭合磁力线特征，为磁层顶等离子体输运研究提供依据。
2024-05-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence properties and kinetic signatures of electron in Kelvin-Helmholtz waves during a geomagnetic storm
University of Maryland College Park（马里兰大学帕克分校）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；University of Maryland Baltimore（马里兰大学巴尔的摩分校）
研究磁暴期间MMS探测器与KHI相遇，揭示KH涡旋边缘的湍流特性及重联特征，发现电场频谱在离子旋磁频率以下保持恒定，低于混合频率出现转折，观测到电流片伴随强引导场不对称重联。
2024-03-27 physics.plasm-ph physics.space-ph
Three-Dimensional Magnetic Reconnection Spreading in Current Sheets of Non-Uniform Thickness
针对非均匀厚度电流片，推导了无碰撞反平行磁重联的三维扩展标度理论，发现从薄到厚区域扩展时速度按厚度比减慢，并通过3D双流体模拟验证，解释了磁层和太阳观测中扩展速度偏慢的现象。
2023-03-03 physics.geo-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
The Interplay Between Collisionless Magnetic Reconnection and Turbulence
本文从理论、数值和观测角度回顾了无碰撞等离子体中磁重联与湍流之间复杂的相互作用，重点介绍了 NASA 的 Magnetospheric Multiscale 任务在地球磁层关键区域提供的新见解。
2024-07-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The local dayside reconnection rate for oblique interplanetary magnetic fields
在全球磁层模拟中，我们分析了不同行星际磁场（IMF）方向下昼侧磁层顶磁重联的局部特性。迄今为止，这是不实际的，因为它是难以定位的重联发生斜IMF，但新的技术使之成为可能。方法是识别磁分离器，即分离不同磁拓扑的四个区域的曲线，这些曲线映射了重联X线。平行于X线的电场是局部重联率。我们将结果与一个简单的局部二维非对称重联模型进行了比较。要做到这一点，我们发现等离子体参数，本地驱动重联在磁鞘和磁层中的平面垂直于X线在大量的点沿X线。全球磁流体动力学模拟是从三维块自适应，树太阳风Roe-type逆风计划（BATS-R-US）代码与统一的电阻率，虽然这里描述的技术是可扩展的任何全球磁层模拟模型。我们发现，预测的本地重连率规模以及与所有模拟的测量值，由于南向IMF几乎是准确的。然而，绝对的预测不同的一个未定的比例常数，其幅度增加的国际货币基金组织的时钟角度从南向北的变化。我们还显示了类似的缩放协议在模拟斜向南IMF和偶极子倾斜。目前的结果将是一个重要的组成部分，充分了解本地和全球性的白昼重联。
2016-04-28 physics.space-ph
Generation of Surface Sausage Oscillations of a Current Sheet and Propagating Magnetoacoustic Waves by Impulsive Reconnection
本文模拟了日冕中相反极性磁源汇聚引发的脉冲重联，发现重联驱动电流片产生表面香肠振荡，并激发向外传播的快慢磁声波，周期约91秒，为日冕加热机制提供新见解。
2025-07-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Dayside and nightside magnetic field responses at 780 km altitude to dayside reconnection
行星际磁场向南时，昼侧重联将驱动磁层中的Dungey循环，表现为电离层中的双胞对流模式。我们解决的电离层对流的变化，在昼侧重联率通过检查磁场扰动在780公里的高度。从铱星座获得的活动磁层和行星电动力学响应实验数据产品提供了全球磁场扰动图。集群数据上游的地球的弓形激波已被用来估计昼侧重联率。通过使用一个统计模型，其中的磁场可以在几个时间尺度上作出反应，我们确认了以前的报告，几乎立即响应中午和午夜附近的两个细胞对流模式的10-20分钟的重新配置时间相结合。电离层对流的响应与Cowley-Lockwood范式中极冠边界的扩张有关。在这个范例的原始配方的扩展蔓延从中午到午夜在15-20分钟。然而，也立即全球响应已被证明是一致的范例时，考虑到以前的白天重连的历史。在本文中，我们提出了一个新的解释如何立即反应可以容纳在考利-洛克伍德范式。新的解释是基于MHD波在磁层瓣中的传播，当新重新连接的开放通量管添加到瓣中时，磁层顶张开角增加。
2017-05-22 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
Earth's Alfvén Wings: Unveiling Dynamic Variations of Field-line Topologies with Electron Distributions
University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Institute of Space and Astronautical Science, JAXA（宇宙科学研究所，日本宇宙航空研究开发机构）；Southwest Research Institute（西南研究院）；University of Maryland College Park（马里兰大学帕克分校）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；University of Maryland Baltimore（马里兰大学巴尔的摩分校）
研究通过MMS任务数据，首次揭示磁云中电子分布特征，展示阿尔芬翼再连接过程中的磁场线拓扑变化及双翼再连接的电子分布特征。
2024-08-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
On the Cause of Supra-Arcade Downflows in Solar Flares
超拱廊下降流（SAD），黑暗的低密度区域也被称为蝌蚪，在太阳耀斑期间向日传播的模型，提出。有人认为，低密度区的流动通道雕刻的向阳方向的流出射流从重联。由于日华是分层的，因此耀斑区的等离子体密度比下面的拱廊区低。当喷流穿透拱廊时，它们划出了等离子体密度耗尽的区域，这些区域看起来像SAD。目前的解释不同于以往的模型，在重联是本地化的空间，而不是在时间。重连在时间上是连续的，这解释了为什么SAD不是从后面填充的，因为如果它们是由孤立的下降通量管或它们后面的尾流引起的，则是由于时间上的突发重连。重连是局部的空间，因为在标准的二维重连模型中的流出射流在正常（流入）方向上扩大与重连网站的距离，这将不会产生薄的SAD观察。相反，流出射流在空间局部三维重联与平面外（引导）磁场扩展主要在平面外的方向，并保持准直的正常方向，这是与观察到的SAD薄。与平面外（引导）磁场的重联的二维原理验证模拟证实了类似SAD的耗尽区的产生和密度分层的必要性。三维模拟证实，局部重联保持准直。
2013-09-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
MMS Observations of Whistler and Lower Hybrid Drift Waves Associated with Magnetic Reconnection in the Turbulent Magnetosheath
磁重联（MR）及其伴随的并发波在大尺度等离子体边界、地球磁尾准对称和非对称位形以及磁层顶等离子体中得到了广泛的研究。最近的高分辨率观测MMS（磁层多尺度）航天器表明，MR也可以发生在磁鞘的条件是高度湍流时，上游冲击几何是准平行的。强烈的湍流运动使得发展磁流变边界条件复杂。本文证明，MR局部区域的波观测可以作为一种额外的诊断工具，增强我们识别湍流等离子体中MR事件的能力。结果表明，在一个密切相似的MR在大尺度边界，湍流重联相关的哨声波发生在分界线/流出区域和电子扩散区域的外边界，而较低的混合漂移波与密度梯度在电流片的交叉。低杂波漂移不稳定性使密度不均匀性产生波纹。磁鞘中磁共振相关波的识别也是一个重要的里程碑，为发展更好地了解湍流等离子体中的能量再分配和耗散。
2020-01-01 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
