Evidence of oblique electron acoustic solitary waves triggered by magnetic reconnection in Earth's magnetosphere
基于最近的磁层多尺度斜电子声波观测，我们利用约化微扰技术研究了斜电子声波的产生机制。导出了由冷惯性背景电子、冷惯性电子束、热无惯性超热电子（由$κ$分布表示）和静止离子组成的无碰撞磁化等离子体的非线性Zakharov-Kuznetsov（ZK）方程。此外，不稳定性增长率推导出使用小k摄动展开法。我们的研究结果表明，静电波剖面的结构是显着的外部磁场，未扰动的热，冷，和电子束密度，超导角，和超热率的影响。这些参数也影响不稳定性增长率。这项研究阐明了倾斜电子孤波的特点，可能是负责改变电子和离子的分布函数，从而改变磁重联过程。此外，随着等离子体参数增加生长速率可能是异常电阻率的来源，其增强了磁重联的速率。
2022-07-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic Hair and Reconnection in Black Hole Magnetospheres
广义相对论的无毛定理指出，孤立的黑洞由三个参数表征：质量、自旋和电荷。在这封信中，我们考虑克尔黑洞赋予高度磁化等离子体充满磁层。利用广义相对论动力学等离子体和电阻性磁流体力学模拟，我们表明，一个偶极磁场的事件视界打开到一个分裂的，并重新连接在一个等离子体团不稳定的电流片。在应力-能量张量的所有分量随时间呈指数衰减的意义上，无毛定理得到满足。测量了无碰撞和碰撞等离子体中等离子体团主导重联的事件视界上磁通量的衰减时间。当磁场很强时，重连的磁层应该是一个强有力的硬X射线发射源。
2021-09-29 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
An exploration of the effectiveness of artificial mini-magnetospheres as a potential Solar Storm shelter for long term human space missions
在本文中，我们探讨的有效性，一个人造的微型磁层作为一个潜在的长期人类空间任务的辐射避难所。我们的研究包括等离子体环境对太阳和宇宙射线的高能带电粒子成分的屏蔽效率的差异，这从根本上改变了功率要求。进入的静电电荷被太阳风的自捕获环境等离子体支持的场屏蔽，可能会增加额外的密度。船上产生的人工磁场起着限制和控制的作用。行星际空间中电磁场和电离粒子的类似行为的证据可以通过月球上天然存在的“微型磁层”的增强屏蔽效能的例子来获得。表面磁场的屏蔽效应约为100毫微特斯拉，足以提供有效的屏蔽，防止太阳质子轰击，最终导致月壤可见变色，称为“月球漩涡”。支持证据来自理论，实验室实验和计算机模拟，已经获得了关于这个主题。希望这项工作的结果是提供工具，以便更现实地估计航天器工程师在为长期载人航天飞行任务设计辐射防护时需要处理的资源与有效性和风险。
2014-06-05 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Electrostatic Waves and Electron Heating Observed over Lunar Crustal Magnetic Anomalies
在月球地壳磁异常之上，大部分太阳风电子和离子会被散射，并流回太阳风流，导致许多有趣的效应，如静电不稳定性和波。这些静电结构也可以与背景等离子体相互作用，导致电子加热和散射。我们研究的静电波和电子加热观察到的月球磁异常，通过分析数据从加速，重联，湍流，电动力学的月球与太阳的相互作用（ARTEMIS）航天器。通过对2011年和2013年两次绕月探测的分析，发现电子双流不稳定性（ETSI）和电子回旋漂移不稳定性（ECDI）可能在驱动静电波中起重要作用。我们还发现，ECDI，随着修改双流不稳定性（MTSI），可能提供的机制，负责大量各向同性电子加热的月球磁异常。
2021-04-05 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Triggering the magnetopause reconnection by solar wind discontinuities
本研究结合多航天器观测与全球混合模拟，揭示太阳风旋转间断面与磁层顶切向间断面相互作用可触发磁重联并导致等离子体混合，该机制或可推广至其他恒星风环境。
2023-12-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle acceleration by magnetic reconnection in geospace
本文综述地球磁层中磁重联驱动粒子加速的研究进展，梳理航天器观测及引导中心近似下的相关研究结论，指出仍需探究能量分配、湍流作用等问题以完善机制理解和跨环境对比。
2023-07-21 astro-ph.EP 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
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
Laboratory modelling of solar wind interaction with Lunar Magnetic Anomalies
本研究利用四极磁场在实验室中模拟太阳风与月球磁异常的相互作用，并通过测量磁反射质子通量，获得了与卫星数据定性一致的结果。
2022-08-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Physical Conditions in the Reconnection Layer in Pulsar Magnetospheres
旋转脉冲星的磁层自然会在光柱（LC）之外形成电流片。在这个电流片中的磁重联不可避免地在几个LC半径内耗散了脉冲星自旋下降功率的非平凡部分。我们开发了一个基本的物理图片重联在这种环境中，并讨论其影响所观察到的脉冲γ射线发射。我们认为，重联收益在等离子体团占主导地位的制度，通过多个二级岛/通量绳的层次链。等离子体团间重连层受到强烈的同步加速器冷却，导致显著的等离子体压缩。使用这些电流层的压力平衡的条件下，由磁能量耗散和同步辐射冷却，安培定律之间的平衡加热，我们得到简单的估计层的关键参数-温度，密度和层厚度。在赤道电流片外的相对论脉冲星风的同动坐标系中，这些基本参数由上游重联磁场的强度唯一确定。对于蟹状星云脉冲星的情况，我们发现它们分别是10 GeV，$10^{13} cm^{-3}$和10 cm的量级。在考虑了脉冲星风引起的体多普勒增强后，来自重连电流片的同步辐射和逆康普顿辐射可以分别解释观测到的脉冲高能（GeV）和VHE（~100 GeV）辐射。此外，我们认为，快速的相对运动的次级等离子体团的等级链可能有助于产生脉冲星射电辐射。
2012-10-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A new view on the solar wind interaction with the Moon
月球表面具有外逸层和局部地壳磁场，当太阳风与月球相互作用时，月球被认为是一个被动物体。然而，最近的月球探测任务，如月船1号，月亮女神，嫦娥1号，LRO和ARTEMIS，以及IBEX都揭示了月球周围与太阳风相互作用的各种现象，如月球表面的高能中性原子（ENA）对太阳风质子的后向散射，月球表面原子的溅射、月球磁异常区域周围“微型磁层”的形成以及月球周围的几种等离子体群，包括从月球表面散射的太阳风质子、来自磁异常的拾取离子、月球尾流中的质子等等。本文综述了这些最新发现，并从一个新的角度介绍了太阳风与月球的相互作用。
2015-11-20 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Global Ten-Moment Multifluid Simulations of the Solar Wind Interaction with Mercury: From the Planetary Conducting Core to the Dynamic Magnetosphere
本文首次采用三维十矩多流体模型研究了水星紧耦合的大气-磁层系统。这种新的流体模型采用了非理想的效果，包括霍尔效应，惯性，张量的压力是关键的碰撞磁重联，因此，它是特别适合调查$collisionless$磁重联在水星的磁尾和行星的磁层顶。该模型能够再现所观察到的磁场矢量，场向电流，和交叉尾电流片不对称性（超越MHD方法）和模拟结果与航天器的观测结果吻合良好。我们还研究了水星的磁层响应的一个假设的极端事件与增强的太阳风动态压力，这表明的意义，感应效应产生的电磁耦合的内部。更有趣的是，等离子体团（或通量绳）在事件期间形成于水星的磁尾，表明水星磁层的高度动态性质。
2019-09-21 astro-ph.EP physics.comp-ph physics.plasm-ph
Radiative reconnection-powered TeV flares from the black hole magnetosphere in M87
一般来说，活跃的星系核，特别是M87中的超大质量黑洞，都显示出明亮而快速的伽马射线耀斑，其能量高达100 GeV或更高。对于M87，耀斑显示出多波长的成分，和可变的时间尺度是可比的事件视界的动力学时间，这表明发射可能来自一个紧凑的区域附近的核。然而，这些耀斑的发射机制还没有得到很好的理解。最近的高分辨率广义相对论磁流体动力学模拟表明，发生的情节磁重联事件，可以权力耀斑附近的黑洞事件视界。本文从第一性原理出发，分析了M87中黑洞在极端等离子体条件下重联电流层的辐射性质。我们表明，丰富的对生产预计在附近的重联层，在某种程度上，所产生的次级对等离子体主导的重联动力学。使用二维粒子模拟支持的分析估计，我们证明，在强同步辐射冷却的存在下，重连可以产生一个硬幂律分布的对等离子体印在即将离任的同步辐射（高达几十兆电子伏）和逆康普顿信号（高达TeV）。我们从我们的模拟中产生合成辐射光谱，这可以直接与未来的M87* 耀斑的多波长观测结果进行比较。
2023-03-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
First-Principles Theory of the Rate of Magnetic Reconnection in Magnetospheric and Solar Plasmas
磁重联的速率在许多过程中是极其重要的，因为它控制着，例如，太阳耀斑中能量释放的速率、地球磁层中邓吉对流循环的速度以及有害地磁亚暴中能量释放的速率。从数值模拟和卫星观测中得知，该速率在归一化单位中约为0.1，但尽管多年的努力，尚未获得完整的理论预测。在这里，我们提出了一个第一性原理理论的重联率在非相对论性的电子-离子碰撞等离子体，并表明，同样的预测解释了为什么斯威特帕克重联是相当慢。该分析的关键考虑因素是重连部位的压力（即，x线）。我们表明，霍尔电磁场在反平行重联造成的能量空隙，相当于压力耗尽，在x线，所以重联排气打开，使快速率为0.1。如果能量可以到达x线以补充压力，则排气口不会打开。除了日光层应用，这些结果预计将影响行星磁层，磁约束聚变装置和天体物理等离子体中的重联研究。
2022-03-27 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic Reconnection under Anisotropic MHD Approximation
利用基于双绝热近似和Landau闭合模型的一维和二维无碰撞MHD程序，研究了无碰撞磁重联中慢模激波的形成。我们弥合了Petschek型MHD重联模型伴随着一对慢激波和观测证据的罕见场合的原位慢激波观测之间的差距。结果表明，一旦发生磁重联，下游区域将出现感压各向异性，产生的慢激波与各向同性MHD中的慢激波相比非常弱。尽管激波很弱，但由此产生的重联率比各向同性情况下的重联率高10-30%。这一结果表明，慢激波在重联系统的能量转换中不一定起重要作用，这与地球磁层的卫星观测结果是一致的。
2013-10-28 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic Modeling of Magnetospheres
本文介绍了磁层中等离子体动力学模拟技术的现状。我们描述的关键数值技术，使大规模的磁层动力学模拟：参数缩放，隐式粒子在细胞计划，流体动力学耦合。我们展示了应用这些技术来研究木卫三磁层中不对称磁重联中的粒子加速和加热。
2020-12-11 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Black hole flares: ejection of accreted magnetic flux through 3D plasmoid-mediated reconnection
磁重联可以为来自吸积黑洞内部磁层的明亮、快速耀斑提供动力。我们进行极高的分辨率（$5376\times2304\times2304$细胞）的广义相对论磁流体动力学模拟，捕捉等离子体团介导的重联在3D磁逮捕磁盘的第一次。我们表明，赤道，等离子体团不稳定的电流片的形式在一个瞬态的，非轴对称的，低密度磁层内的几个史瓦西半径。磁通量束在这个电流片中以普遍的等离子体团介导的速率通过重联逃离事件视界。这种重连作用会对射流中的高磁化等离子体产生影响，并将最终被困在通量束中的等离子体加热到与射流磁化成比例的温度。逃逸的通量束可以作为低密度热点完成一个完整的轨道，这与重力干涉仪对Sgr A $^{*}$的观测结果一致。视界附近的重联产生了足够高能量的等离子体来解释吸积黑洞的耀斑，例如从M87观测到的TeV辐射。耀斑期间质量吸积率的下降以及由此产生的低密度磁层使得重连加速粒子产生的极高能量光子更容易逃逸。极端的分辨率导致收敛的等离子体团介导的重连率，直接决定了耀斑的时间尺度和性质。
2022-02-07 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Three-dimensional magnetic reconnection regimes: A review
许多天体物理等离子体中的磁场--如日冕和地球的磁层--已经被证明具有高度复杂的三维结构。理论和计算模拟的最新进展表明，与广泛使用的二维（或2.5维）模型相比，这些领域的重联也具有三维性质。在这里，我们讨论三维磁重联的基本理论。我们还回顾了一系列新的模型，这些模型说明了当前的最新技术水平，并强调了复杂三维磁场中重连介导的能量释放过程的复杂性。
2011-01-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
The mechanism that drives electrostatic solitary waves to propagate in the Earth's magnetosphere and solar wind
在地球磁层和太阳风中，特别是靠近磁重联区域的孤波的起源仍然是一个悬而未决的问题。为此，我们使用流体模型，以获得孤立波的形成背后的机制，在空间等离子体与各种成分。我们的研究结果表明，在地球磁尾的磁重联分界线处，反向喷射的电子束导致脉冲幅度的加宽。而电子束正速度的增加使孤子振幅略有增加。此外，我们观察到孤子的轮廓是非常敏感的等离子体参数，如密度和温度。重点介绍了用电流模型计算的地球磁层电场和太阳风的实测电场。
2022-03-13 physics.plasm-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
Closed field line vortices in planetary magnetospheres
在旋转主导的磁层中，有一个封闭的磁力线围绕行星旋转的区域，也有一个开放的磁力线远离行星的区域，形成磁尾的叶。本文表明，可能有第三个，显着不同的区域，封闭的磁力线形成扭曲的旋涡结构锚定在磁尾。当磁层内有重要的等离子体源，并且等离子体团形成过程的时间尺度远大于行星自转周期时，就会形成这种模式。在旋涡的存在下，Dungey和Vasyliunas循环的作用不同。邓吉流不穿透极冠的中心区域。尾部重连事件是罕见的，从而使等离子体有足够的时间来参与基本上三维涡旋形成的等离子体运动。上述条件都适用于土星。我们在等离子体中发现了类似漩涡的图案，并在土星的磁层中发现了卡西尼号飞船测量的磁场数据。在这些涡旋中旋转的等离子体永远不会到达向阳面，相反，它在磁尾的高纬度地区进行逆行运动。低能等离子体数据表明，所观察到的图案对应于封闭的场线涡。
2023-01-12 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
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
Topside Reconnection
有人建议，重联将是一个主要的机制，在极光时间尺度上的等离子体过程在顶侧电离层/高纬度磁层过渡。它发生在两个狭窄的平行的、间隔很近的向下电流片之间的向下电流区域。场向电流由向上的冷的上电离层电子携带，在邻近区域关闭向上的电流。这种局部过程基本上不影响环境场，但会产生异常扩散率。
2020-09-02 astro-ph.SR physics.geo-ph physics.plasm-ph
Thin current sheets in the magnetotail at lunar distances: statistics of ARTEMIS observations
本文利用ARTEMIS覆盖第24太阳活动周的1261次观测，统计揭示月球距离处磁尾电流片普遍极薄，并阐明太阳风驱动对薄电流片与部分无力电流片形成的影响。
2023-09-28 physics.plasm-ph 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
Nonlinear Explosive Magnetic Reconnection in a Collisionless System
半个多世纪以来，围绕磁重联引起的快速磁能耗散的争论一直是等离子体宇宙中的一个基本话题，不仅在地球的磁层中，而且在脉冲星磁层和磁星等天体中。最近，非热粒子加速和等离子体加热过程中的重联已被广泛研究，有人认为，快速的能量耗散可以发生碰撞的“薄”电流片，其厚度的顺序的粒子回旋半径。然而，对于厚度大于粒子回旋半径的“厚”电流片，如何发生快速的能量耗散是一个有趣的谜。在这里，我们证明，使用一个高分辨率的粒子在细胞中的模拟对等离子体，爆炸性的重联可以出现的惯性电阻率的增强，由于重联磁场和电流片的收缩的曲折粒子的磁化。此外，无论电流片的初始厚度如何，非线性爆炸重联的时间尺度都是Alfvén渡越时间的几十倍。
2021-05-28 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-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
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
Advanced methods for analyzing in-situ observations of magnetic reconnection
本文概述了用于揭示空间磁重联原位观测背景、探测分析扩散区的单/多航天器数据分析技术，重点介绍了磁层多尺度任务时代在电子尺度磁重联观测研究方面的最新进展。
2024-06-25 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-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
Electron acceleration by turbulent plasmoid reconnection
在太空和天体物理等离子体中，就像在行星磁层中一样，如水星，高能电子经常在电流片（CS）附近发现，这暗示了电子通过磁重联加速。不幸的是，通过重联的电子加速还没有得到很好的理解。特别是湍流等离子体团重连的加速。我们已经研究了电子加速湍流等离子体团重联，所描述的MHD模拟，通过测试粒子计算。为了避免将所有相关的湍流尺度分解到耗散尺度，采用平均场湍流模型来描述亚网格尺度（SGS）的湍流及其通过湍流电动势（EMF）的影响。平均场模型将湍流电动势描述为电流密度、涡度、磁场以及湍流能量、交叉螺旋度和剩余螺旋度的平均值的函数。我们发现，主要在湍流重联的X点周围，强烈增强的局部电动势最有效地加速了电子并导致幂律谱的形成。由湍流引起的磁场对准的电动势主导电子加速过程。缩放加速过程的参数的Hermean磁尾，电子能量高达60千电子伏，可以达到通过热等离子体的湍流等离子体团重联。
2018-06-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Comparing Simulated and Observed Particle Energy Distributions through Magnetic Reconnection in Earth's Magnetotail
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Royal Belgian Institute for Space Aeronomy, Solar-Terrestrial Centre of Excellence（比利时皇家空间气动力学研究所，太阳-地球卓越中心）
该研究通过全动能模拟分析磁重联过程中的粒子加速，发现二维模拟在再现电子高能尾部方面存在局限，需更现实的三维设置以提高准确性。
2026-01-30 astro-ph.EP physics.plasm-ph 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
Magnetic reconnection with a 0.1 rate: Effective resistivity in general relativistic magnetohydrodynamics
Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）；Department of Physics, University of Toronto（多伦多大学物理系）；David A. Dunlap Department of Astronomy & Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学大卫·邓拉普天文与天体物理系）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Department of Astronomy, Columbia University（哥伦比亚大学天文学系）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理学中心）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；Princeton Center for Theoretical Science and Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学理论科学中心和天体物理科学系）；Anton Pannekoek Institute（安东·潘内克研究所）
该研究通过引入有效电阻率模型，展示了相对论磁流体动力学在模拟磁重联速率方面的能力，特别是在中子星和黑洞磁osphere中的应用。
2026-01-05 astro-ph.HE physics.plasm-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
Physical Origin of the Quadrupole Out-of-Plane Magnetic Field in Hall-MHD Reconnection
重联区域内的磁场的平面外分量的四极模式被视为重联的霍尔磁流体动力学（Hall MHD）制度的一个重要特征。它首先在数值模拟中被观察到，最近在MRX（磁重联实验）中得到证实[M。Yamada，H. Ji，S.许氏T.卡特河Kulsrud，N. Bertz，F. Jobes，Y. Ono和F. Perkins，Phys.Plasmas 4，1936（1997）]，也见于航天器对地球磁层的观测。在这项研究中，四极场的物理起源进行了分析，并追踪到一个电流的电子，沿着线流入和流出的内部重联区，以保持电荷中性。四极磁场的重联过程中的整体动力学的作用进行了讨论。此外，双极极向电场的估计和离子运动的影响被强调。
2006-05-12 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Discovery of double Hall pattern associated with collisionless magnetic reconnection in dusty plasmas
本文通过首次对含带负电尘埃颗粒的三组分等离子体进行全动力学模拟，发现由传统霍尔四极电流与反向霍尔电流构成的双霍尔结构，并分析了重联率，为解释行星磁层及天体物理现象提供依据。
2023-05-30 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Configuration of magnetotail current sheet prior to magnetic reconnection onset
磁尾电流片的配置决定了控制亚暴发生的磁重联特性，亚暴是地球磁层中最具活力的现象之一。静止时间电流片通常近似为由各向同性等离子体压力梯度平衡的二维（2D）磁场配置。然而，重联开始之前的电流片变薄和形成的近一维（1D）的磁场配置。在这项研究中，使用粒子模拟，我们调查的力量平衡，这样薄的电流片时，他们被等离子体流入驱动。我们证明了磁场位形从二维到一维的转变，由于形成等离子体压力nongyrotropics和揭示其起源的离子分布的nongyrotropic条款。我们表明，亚暴的发病可能是由这样的nongyrotropic电流片的不稳定性和动力学控制，从最常见的调查二维各向同性配置有很大不同的属性。
2022-03-29 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
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
Magnetic null points in kinetic simulations of space plasmas
我们提出了一个系统的尝试，研究磁零点和相关的磁能转换动力学粒子在细胞模拟各种等离子体配置。我们解决了三维模拟与半隐式动力学电磁代码iPic 3D在不同的设置：哈里斯电流片，偶极和四极磁层相互作用的太阳风的变化;和一个放松的湍流配置与多个零点。螺旋零更有可能是在空间等离子体中产生的：在我们所有的模拟中，除了月球磁异常和四极微型磁层，螺旋零的数量超过径向零的数量3-9倍。我们发现，往往磁零并不表示密集的能量耗散的地区。由径向零点处的拓扑分叉引起的能量耗散事件是相当罕见和短暂的。在Harris电流片和月球磁异常模拟中，由径向零值形成的所谓X线是相当稳定的，没有表现出任何能量耗散。能量耗散在由磁通量绳包围的螺旋空区附近更强大，在其轴处具有强电流（其横截面类似于2D磁岛）。这些零线让人想起Z箍缩有效地耗散由于二次不稳定性，如双流或扭结不稳定性，伴随着磁拓扑结构的变化的磁能。伴随着螺旋零点的电流增强可能是观测数据中磁能转换点的信号。
2015-12-07 astro-ph.EP 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
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
Electron dynamics in small magnetospheres: insights from global fully-kinetic plasma simulations of planet Mercury
水星拥有一个小但高度动态的磁层，其中电子的作用和动力学仍然在很大程度上未知。我们的目标是模拟全球动态的太阳风电子撞击水星的磁层。特别相关的是当地的加速过程和全球环流模式。这项工作的目标是追求通过三维的，完全动力学粒子在细胞模拟建模的相互作用的太阳风与Hermean磁层。这种方法允许一个自洽的表示等离子体动力学从大行星尺度下的电子动力学规模。数值模拟使用两种不同的太阳风条件：纯北或纯南行星际磁场方向。我们发现，高等离子体电流（几个$μ$ A/m ~ 2的顺序）流动的磁层边界（弓形激波和磁层顶）由电子为主。这个电流是由我们的模型中解决的小尺度电子物理驱动的。此外，我们观察到强烈的电子加速高达几十keV的后果时，行星际磁场是指向南方的磁重联。这些高能电子部分被困在行星的偶极磁场中，主要是在夜面。最后，通过研究电子在我们的模拟沿水手10号和BepiColombo第一次水星飞越轨迹的分布，我们建议，这两个航天器观察到这种充满活力的准捕获电子人口最接近的方法。
2022-04-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Ohm's Law, the Reconnection Rate, and Energy Conversion in Collisionless Magnetic Reconnection
本综述聚焦无碰撞等离子体，基于第一性原理动力学模拟与星载观测，探讨了广义欧姆定律中非理想电场打破冻结通量条件引发磁重联的机制，重联率的确定方法，以及扩散区能量转换的诊断与建模。
2024-06-02 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Bipolar Electric Field Signatures of Reconnection Separatrices for a Hydrogen Plasma at Realistic Guide Fields
在准备MMS任务，我们问的问题：如何共同的双极签名链接到存在的电子空穴沿separatrices从重联地区发出？为了回答这个问题，我们进行了大规模的并行模拟的现实条件下，并在盒子中的氢质量比考虑在类似的以前的研究。磁场配置包括场反转和平面外引导场，这是许多空间情况的典型。引导场的强度从低值（典型的地球磁尾）到高值（与磁层顶中的面内重连场相当）不等。在所有的情况下，沿分离线观察到一个强大的电子流，足以导致流不稳定性的发病，并形成双极平行电场签名。在所有的引导领域的双极结构的存在允许MMS任务的控制，以考虑双极签名的存在，作为一个通用的标志，附近的重联网站的存在，无论是在夜侧和日侧的磁层。
2011-08-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistical description of coalescing magnetic islands via magnetic reconnection
相互作用的磁岛的物理图像为各种物理环境中的某些等离子体动力学提供了有用的范例，例如日冕，日鞘和地球的磁层。在这项工作中，我们推导出一个岛的动力学方程来描述岛屿分布函数（面积和岛屿的通量）的演变受碰撞积分，旨在占岛屿合并过程中的磁重联的作用。利用该方程研究了二维磁岛聚结过程中磁能的逆传递。我们解决我们的岛屿动力学方程数值三种不同类型的初始分布：三角洲分布，高斯分布和幂律分布。几个关键量的时间演化与我们的分析预测一致：磁能衰减为$\tilde t^{-1}$，岛屿的数量减少为$\tilde t^{-1}$，和岛屿的平均面积增长为$\tilde t$，其中$\tilde t$是归一化到特征重联时间尺度的岛屿的时间。研究了分布函数和磁能谱的一般性质。
2021-10-30 astro-ph.HE 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
Driven Collisionless Reconnection of Force-free Flux Tubes: From Onset to Coalescence
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Royal Belgian Institute for Space Aeronomy（比利时皇家空间气物理研究所）
研究通过二维粒子-细胞模拟，探讨了驱动无碰撞重联和等离子体束形成的过程，发现电流片厚度与皮肤深度相当，长宽比A大于30时等离子体链发展，重联率约为0.1。
2025-09-16 hep-th physics.plasm-ph
Phase Diagram for Magnetic Reconnection in Heliophysical, Astrophysical and Laboratory Plasmas
用相图概括了磁重联物理学的最新进展，该相图为太阳物理学、实验室和天体物理学中的各种应用组织了基本动力学。两个关键的无量纲参数是伦德奎斯特数和宏观系统的离子声回旋半径的单位尺寸。除了传统的单X线碰撞和无碰撞阶段，多个X线重联阶段出现由于存在的等离子体团不稳定性无论是在碰撞和无碰撞电流片。特别是，存在一个独特的阶段，称为“多X线混合相”，其中碰撞岛或等离子体团的层次是由碰撞电流片终止，导致在宏观和动力学尺度之间的快速耦合和碰撞和无碰撞动力学的混合。涉及多X线和无碰撞物理的新阶段可能对磁重联的新兴应用很重要，以加速带电粒子超过其热速度。大量的太阳物理和天体物理等离子体被调查和分组在相图：地球磁层太阳等离子体（色球层、日冕、风和速跃层）、银河系等离子体（分子云、星际介质、吸积盘及其日冕、蟹状星云、Sgr A*、伽马射线暴、磁星）、河外等离子体（活动星系核盘及其日冕、星系团、射电瓣和河外喷流）。实验室实验的意义，包括下一代重联实验，也进行了讨论。
2011-09-04 astro-ph.IM physics.plasm-ph physics.space-ph
Possible role of magnetic reconnection in the electromagnetic counterpart of binary black hole merger
我们提出了一个定性的方案来解释的引力波事件GW 150914的直接测量的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）-处女座合作和硬$X$ -射线瞬变检测费米-伽马射线暴监视器（GBM）$0.4$秒后的争论之间的关联。在一个双星系统中，两个引力坍缩的物体带有不为零的电荷，在合并过程中发生的两个磁层的补偿，通过磁重联，产生了一个高度准直的相对论流出，变得光学薄，并在GBM视场中闪耀。我们建议，这一过程应被视为一个共同的在未来的联合引力/电磁探测，在中子星-中子星合并事件的情况下，可能会导致可检测的$X$ -或$γ$ -射线的前兆，或瞬态与，引力爆发。
2018-04-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Double layer electric fields aiding the production of energetic flat-top distributions and superthermal electrons within the exhausts from magnetic reconnection
利用磁重联的动力学模拟，最近表明，磁场取向的电场（E||）可以存在于重联排气中的大空间尺度上。E的最大值||在双层中观察到。在地球的磁层中存在双层是有据可查的。在我们的模拟中，它们的形成是由大量平行的电子流进入重联区触发的。这些平行的电子通量需要保持准中性的重联区，并增加与重联区上游的归一化电子压力的值减小。导出了强双层形成的标准化压力阈值。我们还记录了电子约束，部分由E中的结构提供，||允许通过垂直电场进行持续的极化。这种现象是受限电子混沌轨道运动的结果，其中包括与重联电场对齐的漂移。电子的能量水平与粒子的初始能量成正比，因此会被进入该区域的电子所获得的加速势的初始能量提升所增强。该机制在重联排气的扩展区域中是有效的，允许在重联场景中产生超热电子，包括那些只有单个x线的场景。超热电子的相空间分布的表达式推导，提供了一个准确的匹配的动力学模拟结果。数值和分析结果同意详细的航天器观测记录在地球的磁尾重联事件。
2015-04-29 physics.plasm-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
