Inertial-Range Reconnection in Magnetohydrodynamic Turbulence and in the Solar Wind
关于太阳风的现场航天器数据显示,事件被确定为具有流出和明显的“$X$ -线”$10^{3-4}$倍离子尺度的磁重联。为了理解湍流在这些尺度上的作用,我们在磁流体动力学(MHD)模拟中对惯性范围重联事件进行了案例研究。我们观察到随机漂移的磁力线在空间中,标准的磁通量冻结由于理查森色散的故障,和一个扩大的重联区包含许多电流片。粗颗粒的磁几何形状类似于太阳风中的大尺度重联,然而,双曲线通量管或“$X$ -线”在积分长度尺度上延伸。
2015-03-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The Dynamic Evolution of Solar Wind Streams Following Interchange Reconnection
交换重联被认为在决定起源于冕洞边界附近的缓慢太阳风的动力学和物质组成方面起着重要作用。为了探索这一过程的影响,我们模拟了太阳风流沿新打开的磁通量管的动态演变。初始条件是由一个分段连续的动态平衡,其中以上和以下的重联网站的区域被提取从稳态解沿开放和封闭的场线。在重联点的初始不连续性是高度不稳定的,并演变为黎曼问题,分解成向外传播的激波和向内传播的稀疏,最终发展成一个经典的N波配置。这种配置最终传播到日光层作为一个相干结构,整个系统最终解决一个准定常风的解决方案。除了模拟流体的演变,我们还计算了随时间变化的非平衡电离的氧的实时,以构建在原位诊断的条件附近的重联网站。这种理想化的等离子体动力学沿一个新的开放的磁场线的描述提供了一个基线,预测和解释交换重联慢太阳风的影响。值得注意的是,扩展的N波内的密度和速度通常在环境风中增强,O 7 +/O 6+电离比也是如此,它在重联点上表现出不连续性,该重联点由流动输送,并且比传播的N波晚到达。
2022-06-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Clustering Wind data at 1 AU to contextualize magnetic reconnection in the solar wind
研究利用SOM和K-Means对1 AU处Wind航天器太阳风数据进行聚类,发现磁重联事件分布在五种物理特征不同的太阳风中,为理解其发生条件提供了背景。
2025-08-07 astro-ph.SR
The Complex Structure of Magnetic Field Discontinuities in the Turbulent Solar Wind
使用高分辨率的星团卫星观测,我们表明,湍流太阳风是由不同尺度的磁不连续性,从质子到电子尺度。这些层的结构类似于等离子体中的Harris平衡分布。使用一个多维的不透明度技术,我们表明,这些结构是通过规模连接。支持的磁重联的数值模拟,我们表明,观察是一致的情况下,许多电流层发展的湍流,这些重联事件的流出的特点是复杂的次质子网络的二级岛屿,在自相似的方式。目前的工作建立了“湍流重联”和“湍流重联”的图片,分别援引为无处不在,共存于空间等离子体。
2015-11-10 astro-ph.SR physics.space-ph
Energy dissipation processes in solar wind turbulence
湍流是由不规则流填充的混沌流态。湍流的耗散是物理学领域中的一个基本问题。从理论上讲,如果没有碰撞,耗散最终无法实现,因此如何在几乎无碰撞的太阳风中耗散湍流动能是一个具有挑战性的问题。波粒相互作用和磁重联是两种可能的耗散机制,但哪种机制占主导地位仍是一个有争议的话题。在这里,我们分析的耗散区域缩放周围的太阳风磁重联区域。我们发现磁重联区域在耗散范围内表现出独特的多重分形标度,而周围的太阳风湍流在大部分时间内表现出单分形耗散过程。这些结果为磁重联点周围的间歇性多重分形耗散区标度提供了第一个观测证据,同时也对基本的能量耗散过程具有重要意义.
2015-12-31 astro-ph.SR physics.space-ph
The impact of Alfvenic shear flow on magnetic reconnection and turbulence
本研究利用帕克太阳探测器数据,发现阿尔芬剪切流抑制磁重联触发,85%的重联事件发生在慢速非阿尔芬风中,并观察到重联时段磁场谱变陡,与湍流动力学相关。
2025-10-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Coronal Heating and Solar Wind Generation by Flux Cancellation Reconnection
本文提出小尺度磁通量抵消通过磁重联普遍驱动低太阳大气能量释放,结合解析模型与三维MHD模拟证明其足以加热色球和日冕并产生太阳风。
2024-01-22 astro-ph.SR physics.space-ph
Magnetic reconnection sustains the mass budget of the solar wind
提出太阳风源区的自洽数值模型,揭示闭合与开放磁场间的磁重联产生喷流并转移物质,量化发现其质量通量足以维持太阳风。
2025-09-16 astro-ph.SR
Energetic Electrons Associated with Magnetic Reconnection in the Magnetic Cloud Boundary Layer
本文报道ACE和Wind航天器对太阳风中与磁重联有关的高能电子(~100-500 keV)的现场观测。这种磁云驱动重联的性质和相关的高能电子加速问题进行了讨论。进一步的分析表明,电场加速和费米机制是电子加速过程中的两个基本因素,特定磁场位形的俘获效应维持了加速状态,增加了总获得能量。
2012-06-25 astro-ph.SR physics.space-ph
Direct Four-Spacecraft Measurement of Reconnection Exhaust Thickness in the Solar Wind
Sikkim University(锡金大学);Netaji Subhas University of Technology(内塔吉·苏巴斯技术大学)
本研究利用磁层多尺度任务的四航天器测量,直接测定太阳风重联喷流厚度为29-31离子惯性长度,验证了单航天器厚度估计的精度并揭示了喷流的非平行几何结构。
2026-09-04 astro-ph.SR physics.space-ph
A Comprehensive Simulation of Solar Wind Formation from the Solar Interior: Significant Cross-field Energy Transport by Interchange Reconnection near the Sun
本研究利用扩展版RAMENS代码开展首个太阳风形成综合模拟,提出量化跨场能量输运新方法,发现超米粒尺度交换重联贡献约半数能量,揭示其在太阳风形成中的重要作用。
2023-06-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Numerical Simulation of Superhalo Electrons Generated by Magnetic Reconnection in the Solar Wind Source Region
超晕电子似乎是连续存在于行星际介质中,即使在非常安静的时间,与幂律谱能量高于$\sim$ 2千电子伏。在这里,我们数值研究超晕电子的产生磁重联在太阳风源区,使用MHD和测试粒子模拟单X线重联和多X线重联。我们发现,直流电场,产生的磁重联区,可以加速电子从T $\sim10^5$ K的初始热能高达数百keV。加速后,一部分加速的电子与由重联驱动的新生太阳风流一起沿着新打开的磁力线向上传播到行星际空间,而其余的则向下移动到低层大气中。类似于在1 AU处观察到的超晕电子,向上行进的加速电子的通量与能量的关系在$\sim$ 2 $-$ 100 keV处显示出幂律分布,$f(E) \sim E^{-δ}$,$δ$为$\sim$ 1.5 $-$ 2.4。对于单(多)X线重联,随着异常电阻率参数$α$(均匀电阻率$η$)的增加,谱变得更硬(更软)。这些模拟结果表明,在太阳风源区的加速可能有助于超晕电子。
2014-06-17 astro-ph.SR
Direct Observations of Magnetic Reconnection in the Solar Wind Current Sheets near Mars
Boston University(波士顿大学);Institute for Advanced Study, Princeton(普林斯顿高等研究院);University of Iowa(爱荷华大学);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 Toulouse(图卢兹大学);Kyoto University(京都大学);Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado, Boulder(科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室)
利用MAVEN数据首次直接观测到火星附近太阳风流片中的磁重联,发现Petschek型重联排气区,表明重联可显著拓宽流片。
2026-06-16 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-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
Can the Solar Wind be Driven by Magnetic Reconnection in the Sun's Magnetic Carpet?
加热日冕和加速太阳风的物理过程经过多年的研究仍然未知。有些人认为风是由开放的磁通量管中的波和湍流驱动的,另一些人则认为等离子体是通过具有闭合回路的磁重联注入开放的管中的。为了检验后一种想法,我们开发了光球“磁毯”的蒙特卡罗模拟,并外推随时间变化的日冕场。这些模型是针对一系列不同的磁通量不平衡比构建的。完全平衡的模型代表太阳上的安静区域和缓慢的太阳风流的来源区域。高度不平衡的模型代表了冕洞和快速气流的来源区域。该模型与观测到的出现率,表面磁通密度,和磁性元素的数量分布。尽管没有强加的超颗粒运动,一个真实的磁“漏斗”网络自发出现。我们计算了闭合场线打开的速率(即,开放通量的回收时间),我们估计了涉及开放封闭通量管的重连事件中释放的能通量。对于安静的区域和混合极性的冕洞,这些能量通量被发现比加速太阳风所需的要低得多。对于最不平衡的冕洞,能量通量可能大到足以为太阳风提供动力,但回收时间远远长于太阳风加速进入低日冕所需的时间。因此,无论是慢的还是快的太阳风都不太可能是由磁毯中的重联和开环过程驱动的。
2010-07-14 astro-ph.SR
Magnetic Reconnection within the Boundary Layer of a Magnetic Cloud in the Solar Wind
行星际日冕物质抛射(ICME)产生的磁云(MC)前部或后部的扭曲局部磁场往往与周围行星际磁场(IMF)的方向几乎相反。也有观测证据表明,磁重联(MR)外流发生在边界层的MC。本文详细研究了2000年10月3日发生在MC西翼的一次MR事件。在详细的多点研究中仔细检查螺旋MC的大尺度几何形状和MR流出结构。ICME鞘为混合型增殖扩张鞘。这里,新重新连接的开放场线预计将在MC上缓慢滑动,同时导致等离子体混合。对于磁共振,对ACE-Geotail-WIND航天器之间的流片几何形状和流出通道的垂直运动进行了仔细的研究和测试。在磁共振方面的主要发现包括:(1)首次在入流区观测到非Petschek型慢激波间断,(2)观测到与洛伦兹力偏转的电子喷流有关的湍流霍尔磁场,(3)重联电场对质子的加速及其在慢激波间断处的后向散射,(4)在慢激波间断处观测到质子的后向散射。(4)在MC流入边界/分界线附近观察到相对论电子,这些电子可能是由于霍尔电流系统的静电势阱中的非绝热加速、梯度B漂移和通孔加速而出现的;(5)MC流入区的多普勒频移离子声波和朗缪尔波的观测。
2021-08-25 astro-ph.SR physics.space-ph
Variations of solar electron and proton flux in magnetic cloud boundary layers and comparisons with those across the shocks and in the reconnection exhausts
磁云边界层(BL)是磁云(MC)与周围太阳风相互作用形成的动力区。在本研究中,我们比较研究质子和电子平均通量的变化,在BL,行星际重联排气(RE)和整个MC驱动的冲击,使用风3DP和MFI数据从1995年至2006年。一般来说,质子通量在较低的能带有较高的增量相比,环境太阳风。在BL内部,核心电子通量准各向同性地增加,并且从~30%的能量开始,增量随能量单调减小(18 eV时)至约10%(在70 eV);超热电子通量通常在平行或反平行方向增加;平行和反平行方向上电子通量变化的相关系数从~0.8急剧变化到~0.8 0高于70 eV。RE也有类似的结果。然而,不同的现象被发现在整个冲击的电子通量变化先增加,然后减少与峰值增量(>200%)附近100 eV。平行和反平行方向的电子通量变化的相关系数总是在0.8左右。BL和RE中通量变化的类似行为表明,重联可能普遍发生在BL中。我们的工作也意味着电子通量变化的强能量依赖性和方向选择性,这是以前被认为是没有足够的相关性,磁重联,可以被认为是一个重要的签名太阳风重联的统计观点。
2012-06-25 astro-ph.SR physics.space-ph
Suppression of the collisionless tearing mode by flow shear: implications for reconnection onset in the Alfvénic solar wind
本文分析强剪切流对无碰撞撕裂模的抑制效应,发现阿尔芬速度剪切流可完全稳定该模,并改变其标度行为,从而解释帕克太阳探测器观测到的近太阳阿尔芬太阳风中重联事件稀少。
2025-08-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Direct evidence for magnetic reconnection at the boundaries of magnetic switchbacks with Parker Solar Probe
帕克太阳探测器与太阳的第一次接触揭示了内日球层中普遍存在的局部磁偏转;这些结构,通常称为之字形,在源自日冕洞的太阳风流中特别引人注目。本文报道了帕克太阳探测器(PSP)在距太阳45 ~ 48太阳半径处首次相遇时,在三个之字形边界处发生磁重联的直接证据。我们分析了来自FIELDS和SWEAP仪器的磁场和等离子体参数。分析的三种结构都显示出典型的磁重联特征。离子速度和磁场首先相关,然后在分叉电流片的入站和出站边缘与中心离子流射流反相关。大多数的重联事件有一个强大的引导场和中等的磁剪切,但一个电流片显示出准反平行重联的迹象与磁场强度下降$90\%$。由于PSP观察到的强烈电流片的财富,在之字形边界的重连似乎是罕见的。然而,由于之字形边界容纳电流,人们可以推测,这些边界的几何形状提供了有利的条件磁重联发生。因此,这种机制将有助于重新配置之字形的磁场,影响太阳风的动态,并最终有助于在远离太阳传播时将结构与常规风混合。
2021-03-03 astro-ph.SR physics.space-ph
Elemental Abundances at Coronal Hole Boundaries as a Means to Investigate Interchange Reconnection and the Solar Wind
本研究通过测量日冕洞边界的元素丰度(FIP偏置)来量化互换重连的作用,发现边界区域宽度约30-50 Mm,并贡献约30%的额外开放磁通,从而约束了慢太阳风起源模型。
2025-02-27 astro-ph.SR
Complexity of magnetic-field turbulence at reconnection exhausts in the solar wind at 1 AU
磁重联是空间和天体物理等离子体中将磁能转化为粒子动能和等离子体热能的复杂机制。此外,磁重联和湍流似乎是密切相关的等离子体。我们分析了磁场湍流的排气中检测到的四个重联事件的太阳风使用詹森-香农复杂性熵指数。行星际磁场分解到LMN坐标使用混合最小方差技术。第一个事件的特点是延长排气期,使我们能够获得的标度指数的高阶结构函数的磁场波动。通过计算的复杂性熵指数,我们表明,更高程度的不确定性是相关的低熵和更高的复杂性在惯性子区。我们还计算了其他三个重联排气事件的复杂性熵指数。对于所有四个事件,磁场的$B_L$分量显示出比$B_M$和$B_N$分量更低程度的熵和更高程度的复杂性。我们的研究结果表明,相干结构可以负责减少熵和增加复杂性内的重联排气在磁场湍流。
2021-10-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Interchange reconnection in a turbulent Corona
日冕洞和环之间的界面处的磁重联,即所谓的交换重联,可以将更热、密度更大的等离子体从磁限制区域释放到日光层,有助于形成高度可变的慢速太阳风。交换过程通常被认为是开发的流光或伪流光的顶点,附近的Y和X型中性点,但慢流与循环组成最近已被观察到沿扇形开放领域线附近的封闭区域,远离顶点。然而,日冕加热模型,与磁场线洗牌对流运动,表明重联可以连续发生在单极磁场区域没有中性点:光球运动诱导磁流体动力学湍流级联在日冕领域,创造必要的小尺度,剪切磁场组成部分正交的强轴向场是本地创建和可以重新连接。我们建议,一个类似的机制附近和周围的开放和封闭的区域之间的边界诱导连续随机重排的连接。我们研究了一个简化的磁流体动力学模型之间的开放和封闭的电晕线程由一个强大的单极磁场的界面区域。这个边界不是静止的,而是分形的,并且场线不断地改变连通性,变得开放和封闭。这个模型表明,慢风可能起源于环冕洞边界区域的任何地方,并可以自然和简单地说明在这样的边界和附近的外流和观察到的扩散慢风周围的日光层电流片。
2012-09-06 astro-ph.SR physics.space-ph
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。
2012-12-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection-Driven Coronal-Hole Jets with Gravity and Solar Wind
冕洞喷流普遍存在于太阳冕洞中,在极紫外线和X射线亮点处,与少数磁极性的侵入有关。这些喷流的嵌入偶极模型假设它们是由嵌入偶极的应力闭合场与周围冕洞的开放场之间的爆炸性、快速重联驱动的。以前的数值研究在笛卡尔几何,假设均匀的环境磁场和等离子体,而忽略重力和太阳风,表明该模型是强大的,可以产生类似喷流的事件在简单的配置。我们扩展了这些调查,包括球面几何,重力,和太阳风在一个不均匀的,冕洞般的环境大气。我们的模拟证实,射流是由一个扭结状的不稳定性的内部封闭的字段,这会导致一个突发的封闭和外部开放的字段之间的重新连接,发射螺旋射流的发病。我们的新结果表明,射流传播是持续通过外电晕,在一个旅行的非线性阿尔芬波前的形式落后于缓慢移动的等离子体密度增强被压缩和加速的波。这一发现与白光冕洞喷流的观测结果一致,并可以解释在太阳风中原位检测到的微流和扭转阿尔芬波。我们还使用我们的数值结果来推导出的日冕源区域的属性和所产生的喷流,这可以对观测测试的特性之间的标度关系。
2016-06-29 astro-ph.SR
Flux-Rope Mediated Turbulent Magnetic Reconnection
提出磁绳介导的湍流磁重联新模型,强调局部相干磁结构与阿尔文视界,解释三维模拟中重联速率,适用于非零磁螺旋度情况。
2025-01-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Structured Slow Solar Wind Variability: Streamer-blob Flux Ropes and Torsional Alfvén Waves
缓慢的太阳风在从几分钟到几天的时间尺度上表现出很强的变化,这可能与扩展日冕中的磁重联过程有关。Higginson 2017 b提出了一个数值磁流体动力学模拟,该模拟显示交换磁重联是普遍存在的,并且很可能是释放大部分缓慢太阳风的原因,特别是沿着被称为分离网(S-Web)的拓扑特征。在这里,我们继续我们的分析,侧重于结构缓慢的太阳风变化的两个具体方面。第一种是存在于缓慢的太阳风附近的日光层电流片,第二种我们预测应该存在于任何地方的S-Web慢太阳风观察。对于第一种类型,我们研究了三维磁通量绳的演变形成的头盔流光带的顶部重联在日光层电流片(HCS)。第二,我们研究了模拟的远程和现场签名的大规模扭转阿尔文波(TAW)传播沿S-Web弧高纬度。我们描述了HCS中重联产生的通量绳之间的相似性和差异,这类似于众所周知的“流光斑点”的观测,和类似结构的TAW。我们讨论了我们的研究结果的复杂性的HCS和周围的等离子体片,粒子加速的潜力,以及交换重连的情况下,可能会产生TAW在太阳日冕的影响。我们讨论的预测,从我们的模拟结果的动态缓慢太阳风在扩展的日冕和内日光层。
2018-05-10 astro-ph.SR
Interchange reconnection associated with a confined filament eruption: Implications for the source of transient cold-dense plasma in solar winds
在现场观测的资料中,偶尔也能在太阳风中探测到冷密等离子体,但冷密等离子体的来源一直是个谜。闭合场与邻近的开放场之间的交换重联(IR)对太阳风的形成有重要作用。我们在2014年12月24日呈现了一个与喷烟状日冕物质抛射(CME)相关的受限丝状喷发。由于连续的磁通量抵消和出现,暗条经历了连续的激活,最终爆发。被限制的爆发丝状体表现出明显的解捻运动,并且大部分丝状体物质回落。在爆发期间,一些微小的斑点从被限制的灯丝体中逃逸出来,沿着新形成的开放场线扎根在灯丝的南端,一些明亮的等离子体从灯丝的北端流向附近开放场的偏远地点。新形成的开阔磁力线向南移动,并有多个分支。类似于泡芙的CME也显示出多个明亮的锋面和明显的南移。结果表明,在爆发暗条的封闭场和附近的开放场之间存在着间歇性的红外辐射,它释放出一部分暗条物质(团块),形成了喷烟状的CME。我们认为,红外线提供了一个可能的来源,冷稠密的等离子体在太阳风。
2017-03-28 astro-ph.SR
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
Magnetic reconnection as an erosion mechanism for magnetic switchbacks
本研究通过分析太阳轨道器的观测数据,发现磁折返后缘存在磁重联现象,提出重联可侵蚀磁折返的机制,解释了1 au处磁折返观测较少的原因。
2023-05-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Self-Similar Outflows at the Source of the Fast Solar Wind: A Smoking Gun of Multiscale Impulsive Reconnection?
本研究通过分析SDO/AIA图像,在极地冕洞观测到超2300次自相似等离子体外流,首次证明其遵循脉冲式交换磁重联的幂律分布,其发生率足以主导快速太阳风的质量与能量通量。
2023-09-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Parker Solar Probe Observations of Suprathermal Electron Flux Enhancements Originating from Coronal Hole Boundaries
理论上,太阳磁通量元素对之间的重新连接,一个是开环,另一个是闭环,是维持日冕结构和产生太阳风的关键过程。这种“交换重连”预计在冕洞(CH)的开闭边界特别活跃。先前对1AU处太阳风数据的分析表明,在慢-快流界面处超热电子通量的峰值可能是由于与CH边界的磁连接而产生的,而不是诸如压缩之类的动态效应。此外,峰值和流接口的位置之间的偏移建议是在源处的互换重连的结果。作为这些建议的初步测试,我们分析了两个太阳风流在第一帕克太阳探测器(PSP)近日点遇到,每个与赤道CH边界(一个领先的和一个落后的旋转)。每个流具有超热电子通量的峰值,其位置和相关的等离子体性质表明太阳起源,与以前的建议一致,从1AU观测。通量峰值和其他特征的位置之间的不一致性表明这些峰值也可能被源区交换重连所移动。我们对每个事件的解释与开放通量运输的全球模式是兼容的,尽管随机的足迹运动或其他解释仍然是可行的。这些探索性的结果突出了未来的机会,在CH边界与现代近太阳任务的交换重联和通量运输的统计研究。
2020-09-03 astro-ph.SR physics.space-ph
Parker Solar Probe In-Situ Observations of Magnetic Reconnection Exhausts During Encounter 1
电流片中的磁重联将磁能转化为粒子能。这一过程可能对太阳附近的太阳风的加速和加热起着重要作用。帕克太阳探测器的观测为研究这个问题提供了一个新的机会,因为它在前所未有的近距离测量太阳的太阳风。在第一次轨道运行期间,PSP在35.7太阳半径处遇到了大量的通过近日点的太阳风电流片。我们对这些电流表进行了全面的调查,发现了21个重联排气的证据。这些排气在日光层电流片、日冕物质抛射和规则的太阳风中被观测到。然而,我们发现,在近日点附近遇到的大多数电流片,那里的磁场最强,等离子体β最低,是与爆发性径向喷流相关的Alfvénic结构,这些电流片似乎没有发生局部重联。我们研究了电流片周围的条件,以解决为什么一些电流片重新连接,而另一些没有。一个关键的区别似乎是跨电流片的等离子体速度剪切的程度:21次重联排气的中位速度剪切是阿尔夫文速度剪切的24%,而检查的43个阿尔夫文电流片的中位剪切是阿尔夫文速度剪切的71%。这一发现可能表明,大的,尽管是亚阿尔夫文的,速度剪切抑制重联。另一种解释是,阿尔夫维尼克电流片是孤立的旋转间断,不会发生局部重联。
2020-01-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Coherent deflection pattern and associated temperature enhancements in the near-Sun solar wind
基于帕克太阳探测器数据,研究发现近太阳太阳风中的相干偏转模式与日冕亮点交换重联相关,并揭示了质子温度增强与磁场角度的持续关系。
2023-09-24 astro-ph.SR physics.space-ph
The formation of rings and gaps in magnetically coupled disk-wind systems: ambipolar diffusion and reconnection
星周盘的径向亚结构现在是ALMA的常规观测。还有越来越多的证据表明,盘风驱动吸积在这样的磁盘。我们通过二维(轴对称)模拟表明,环和间隙自然发展的磁耦合盘风系统的规模上的几十个AU,双极扩散(AD)是占主导地位的非理想MHD效应。在磁场和物质适度耦合的模拟中,圆盘保持相对层流,径向电流通过AD变陡到中平面附近的薄层中。环形磁场在该层中急剧反转极性,产生驱动快速吸积的大的磁力矩,其将极向场拖曳成高度箍缩的径向配置。这种收缩场的重连产生了磁环,其中净极向磁通量(以及吸积率)减少,产生致密环。具有较强极向磁场的邻近区域吸积得更快,形成间隙。在更好的磁耦合模拟中,所谓的“雪崩吸积流”在盘表面附近不断发展,使盘风系统更加混乱。然而,突出的环和间隙仍然产生,至少部分地,通过重连,这再次使得极向场和盘材料的分离类似于更扩散的盘。然而,重新连接现在由MRI通道流的非线性增长驱动。在快速吸积的层流盘中形成的环和间隙对尘埃沉降和捕获、颗粒生长和行星形成有着有趣的意义。
2018-03-16 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Variability of the slow solar wind: New insights from modelling and PSP-WISPR observations
本文通过建模和PSP-WISPR观测分析慢太阳风中的瞬变结构,发现撕裂诱导磁重联是导致慢太阳风高变率的重要机制。
2023-07-27 astro-ph.SR physics.space-ph
Response of the Earth's magnetosphere and ionosphere to solar wind driver and ionosphere load: Results of global MHD simulations
通过对太阳风-磁层-电离层系统的三维全球磁流体动力学模拟,研究了在行星际磁场(IMF)为纯南向磁场的情况下,磁层重联电压、电离层跨极电势和场向电流(FACs)与太阳风驱动因子和电离层负载的关系.结果表明,重联电压和跨极电势随Pedersen电导($Σ_{\rm P}$)的减小、向南IMF强度($B_{\rm s}$)的增大和太阳风速度($v_{\rm sw}$)的增大而单调增大。此外,当$B_{\rm s}$和$v_{\rm sw}$增加时,区域1和区域2的FACs都增加,而两个电流响应于$Σ_{\rm P}$而表现不同。随着$Σ_{\rm P}$的增加,区域1 FAC单调增加,但区域2 FAC对$Σ_{\rm P}$的增加表现出非单调响应:它首先在(0,5)西门子范围内增加,然后在$Σ_P >$ 5西门子范围内减少。
2009-04-05 astro-ph.SR physics.space-ph
A Brief Review on Particle Acceleration in Multi-island Magnetic Reconnection
简要介绍了多岛磁重联中粒子加速的基本物理和理论研究及粒子模拟研究的最新进展。多岛磁重联中的粒子加速被认为是太阳耀斑和太阳风中高能粒子加速的一种可能机制。理论研究表明,如果粒子运动在重联事件中充分随机化,这种机制可以产生所观察到的高能粒子的幂律能量分布。然而,PIC模拟似乎表明,一阶费米加速机制是无法产生一个幂律粒子的能量分布函数在温和的相对论性多岛磁重联。另一方面,虽然高度相对论性重联的模拟似乎能够产生幂律能谱,但所获得的谱指数通常比通常在太阳风和太阳耀斑事件中观察到的指数为$\sim -5$的软幂律谱更硬。此外,由于三维磁重联中的动力学不稳定性而导致的等离子体加热可能使幂律粒子“热化”,使得多岛重联更难以产生幂律谱。我们讨论了可能导致这些问题的可能原因。
2019-08-24 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.geo-ph
UK White Paper on Magnetic Reconnection
University of St Andrews(圣安德鲁斯大学)
英国发布白皮书,提出未来十年磁重联研究的九项优先目标,并指导理论、模拟和基础设施投资,以维持其在该领域的领先地位。
2025-12-12 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.plasm-ph
Ion kinetics of plasma interchange reconnection in the lower solar corona
本文研究了日冕低层等离子体互换重联(IR)的离子动力学,探讨IR通过双峰离子分布混合等离子体并影响太阳风能量平衡的作用,为理解太阳风加热与加速机制提供了初步评估。
2023-10-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
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。
2015-09-21 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-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
Suppression of collisionless magnetic reconnection in asymmetric current sheets
利用全动力学模拟,我们研究了在反磁漂移速度>>阿尔芬速度和磁剪切角适中的极限下,非对称重联的抑制。我们证明了电子和磁通量之间的滑移有利于重联,甚至可以导致快速重联,缺乏一个流出射流。通过比较的情况下,反磁漂移的温度梯度与同伴的情况下,有一个密度梯度,而不是支持,我们确定了一个强大的抑制机制。由于电流片的不对称性质和由此产生的撕裂模,x线的漂移被局部减慢,然后x线被快速移动的后续通量碾过并吞噬。
2016-02-16 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
How Can Active Region Plasma Escape into the Solar Wind from below a Closed Helmet Streamer?
最近的研究表明,活动区(AR)的上升流等离子体,观察到的EUV成像光谱仪(EIS),在日野,可以获得开放的磁力线和释放到太阳风(SW)通过磁交换重联在磁零点在伪流光配置。当太阳上只有一个双极AR,并且它完全被流光的分界线所覆盖时,例如2007年12月的AR 10978,似乎不太可能向上流动的AR等离子体能够找到进入慢SW的方法。我们提出了一个详细的拓扑结构分析AR 10978和周围的大规模电晕的基础上的位场源面(PFSS)模型。我们的研究表明,它是可能的AR等离子体得到周围的流光分界线和被释放到SW通过磁重联,发生在至少两个主要步骤。我们分析了南塞射电日像仪(NRH)的数据,寻找磁重联链的证据。我们发现一个噪音风暴以上的AR和几个不同的来源在150.9兆赫。它们的位置表明,它们可能与在第一步重联过程中加速的粒子有关,并且在AR之外的零点处。然而,我们在无线电数据中没有发现第二步重连的证据。我们的研究结果表明,即使它出现极不可能的AR等离子体到达SW,间接渠道涉及一系列的重新连接可以使之成为可能。
2014-09-25 astro-ph.SR
Dynamics of Coronal-Hole Boundaries
远程和现场观测强烈暗示,缓慢的太阳风由来自热的闭合场日冕的等离子体组成,这些等离子体被释放到开放的磁场线上。慢风的分界线网(S-Web)理论提出,光球运动,在超颗粒尺度,是负责在冕洞边界产生动力学,这导致在封闭的等离子体释放。我们使用三维磁流体动力学(3D MHD)模拟来确定光球流对具有偶极磁场和等温太阳风的模型日冕的开放和闭合磁通量的影响。旋转表面运动被用来近似光球超颗粒驱动,并施加在冕洞和头盔流光之间的边界。由此产生的动力学主要包括开放和封闭通量之间的多产和有效的交换重连。冕洞边界附近的磁通量经历了多次交换事件,有些磁通量在一天内交换了50多次。此外,我们发现,交换重联发生所有沿冠孔边界,甚至产生持久的变化,磁场连接的区域,没有驱动的应用运动。我们的研究结果表明,这些动态应该是无处不在的太阳和日光层。我们讨论了我们的模拟理解所观察到的性能缓慢的太阳风的影响,特别关注交换重连的全球规模的后果。
2017-05-24 astro-ph.SR physics.space-ph
Acceleration and Expansion of a Coronal Mass Ejection in the High Corona: Role of Magnetic Reconnection
磁重联在早期加速日冕物质抛射(CME)中的重要作用已被广泛讨论。然而,由于日冕物质抛射的膨胀速度可能与它们在日冕中的传播速度相当,因此尚不清楚重联是否以及如何分别对真正的加速和膨胀做出贡献。为了解决这个问题,我们分析了2013年2月27日一个中等速度的日冕物质抛射的动力学,它与其锋面进入高日冕的持续加速有关,尽管它的速度已经达到了700 km~s $\sim$,并且大于太阳风的速度。CME的视加速是由于CME在径向上的膨胀。CME真实加速度,即,它的中心的加速度,然后通过考虑由作用在快速CME上的太阳风拖曳力引起的预期减速来估计。发现真实加速度和径向膨胀具有相似的大小。我们发现,磁重联发生在CME爆发之后,并在CME的传播过程中在高冕区持续存在,它对CME的动力学演化有贡献。与膨胀有关的视加速度和补偿阻力的真实加速度之间的比较表明,在这种情况下,磁重联对CME膨胀和CME加速度的贡献几乎相等。这些测量的CME的演变,因为它们从日冕到日光层过境的后果进行了讨论。
2022-06-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Laboratory evidence of the halting of magnetic reconnection by a weak guide field
当具有共面但反平行磁场的两个等离子体相遇时,发生磁重联。在接触点处,磁场被局部湮灭,磁能可以释放到周围的等离子体中。理论和数值模拟在处理这一复杂过程中仍然面临许多挑战,其可预测性仍然难以捉摸。在这里,我们测试,通过实验室实验中进行的控制几何形状,改变字段拓扑结构从二维到三维的效果。这是通过施加强度可调的平面外(引导)磁场来实现的。一个强大的减慢,甚至停止对称重联观察到,即使是一个弱导场。与此同时,我们观察到延迟加热的等离子体中的重连区域和修改后的粒子加速,与超Alfvenic流出沿重连层喷射。这些观测突出了在自然和实验室环境中发生的许多重联事件中考虑三维效应的重要性。
2019-09-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Interchange Reconnection Alfven Wave Generation
鉴于最近的观测结果的交换重联过程中的太阳日冕和S-Web模型的理论发展缓慢的太阳风,我们扩展了分析的三维MHD模拟交换重联Edmondson等人。J. 707,1427,2009)。具体来说,我们分析的后果,对应于通量开放交换重联动态流光带跳跃。交换重联的磁场重组的信息进行整个系统的阿尔芬波传播远离重联区域,分布的剪切和扭曲所赋予的驱动流,包括脱落注入的应力能量和积累的磁螺旋沿新开放的磁力线。我们在模拟中量化了重连产生的波活动的性质。有一个本地化的高频分量与当前片/重联网站和扩展的低频分量与大规模的扭转阿尔芬波从交换重联场重组产生的。扭转阿尔芬波的特征波长反映了通电双极通量区域的空间尺寸。最后,我们讨论了未来的研究途径,通过模拟这些交换重连驱动波和调查他们的观测签名。
2014-03-04 astro-ph.SR
Reconnection in turbulent astrophysical fluids
磁重联是磁场拓扑变化的基本过程。我们分析了这个过程与天体物理环境中普遍存在的湍流的联系。我们展示了Lazarian & Vishniac(1999)的湍流重联模型如何与实验证明的Richardson扩散概念相联系,并讨论了湍流如何违反普遍接受的磁通量冻结概念。我们注意到,在层流的环境中,最初的湍流可以发展作为磁重联的结果,这可能会导致耀斑的磁重联在磁占主导地位的媒体。特别是,磁重联最初可以通过撕裂发展,但过渡到湍流状态预计天体物理系统。我们表明,湍流重联预测对应的太阳和太阳风的数据。
2014-08-13 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
The Solar Enigma Decoding the Mystery of the Hot Corona and Solar Wind Acceleration
本文提出磁重联通过对回旋带电粒子磁矩施矩传递磁能,解释日冕百万度加热及超音速太阳风加速。
2025-03-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Small-scale local phenomena related to the magnetic reconnection and turbulence in the proximity of the heliopause
我们研究了与磁重联和等离子体湍流有关的过程,这些过程发生在日球顶(HP)和日球层电流片的存在下。结果表明,由磁重联引发的等离子体团相互作用可以提供内外日鞘之间的连接,并导致星际介质与受日球终端激波冲击的太阳风等离子体之间的粒子交换。磁重联也可能导致HP附近的等离子体密度和磁场压缩。我们认为,这些现象可能会被探测到的旅行者飞船接近和穿越HP。这些结果可以澄清最近提出的“磁高速公路”和“日鞘耗尽区”的概念,以解释最近的旅行者1号观测。
2013-10-29 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Small-scale Flux Emergence, Coronal Hole Heating, and Flux-tube Expansion: A Hybrid Solar Wind Model
太阳动力学天文台的极紫外线图像经常显示在磁图中看不到少数极性通量的地方存在环状精细结构,这表明在“单极”区域内短暂区域(ER)出现的速度被低估了。假设这一速率是相同的日冕洞内的安静的太阳,我们表明,ER和开放的场线之间的交换重联引起的太阳风能通量超过10 $^5$ erg厘米$^{-2}$ s $^{-1}$和规模作为在日冕底部的场强,与观测一致。除了在低日冕中提供欧姆加热外,这些重连事件可能是Alfv{é}n波的来源,其周期范围从$\sim$ 10分钟的颗粒时间尺度到许多小时的超颗粒/羽流时间尺度,其中一些较长周期的波在外日冕中被反射和消散。渐近风速取决于加热的径向分布,这在很大程度上是由通量管膨胀率控制。沿着与慢风相关的快速发散的通量管,加热很好地集中在音速点内部(1)因为向外传导的热通量密度和外部日冕温度降低,(2)因为净波能通量以与当地阿尔夫速度成比例的速率耗散。在这个“混合”太阳风模型中,重联加热了较低的日冕并驱动了质量通量,而波在更远的距离上将能量和动量传递给外流。
2021-04-08 astro-ph.SR
Pinching of ICME Flux Rope: Unprecedented Multipoint Observations of Internal Magnetic Reconnection during Gannon's Superstorm
研究利用多颗航天器观测2024年Gannon超级风暴,揭示ICME磁通量绳内部大尺度磁重联及其空间天气意义。
2025-08-30 astro-ph.SR physics.space-ph
Magnetic reconnection-driven energization of protons up to 400 keV at the near-Sun heliospheric current sheet
本研究借助帕克太阳探测器的抵近观测,证实日球层电流片的磁重联可将质子加速至400 keV,结合kglobal模型模拟揭示磁岛合并的加速机制,为近日太阳风高能粒子来源提供新证据。
2025-01-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless Reconnection in the Large Guide Field Regime: Gyrokinetic Versus Particle-in-Cell Simulations
首次验证了大导场$B_g / δB_0 \gg 1$的结果,给出了聚变磁重联的陀螺动力学模拟和日冕磁场重联相关的$β_i = 0.01$和太阳风磁场重联相关的$β_i = 1$,其中$δB_0$是重联场。粒子单元(PIC)模拟扫描宽范围的引导磁场强度,以测试收敛到陀螺极限。陀螺动力学模拟显示出高度的形态对称性,PIC模拟收敛时,$β_i B_g / δB_0 \gtrsim 1$和$B_g / δB_0 \gg 1$。在政权的收敛,重联率,相对能量转换,和整体的幅度被发现之间的PIC和gyrokinetic模拟匹配良好,这意味着gyrokinetic是能够作出准确的预测,以及在其制度的正式适用性。这些结果表明,在大的引导场限制许多量所产生的非线性演化的重联尺度线性与引导场。
2014-02-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph