Turbulent Magnetic Reconnection in Two Dimensions
对背景湍流对二维电阻性磁重联的影响进行了二维数值模拟。对于足够小的电阻率值（$η$）和中等值的湍流功率（$ε$），重连率被发现有一个弱得多的依赖$η$比斯威特-帕克缩放的$η^{1/2}$，甚至是一致的$η-$独立的值。对于给定的$η$值，重联率对湍流功率的依赖性在$ε$中表现出临界阈值，高于该阈值重联率显著增强。
2009-08-12 astro-ph.SR 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
Extended magnetic reconnection in kinetic plasma turbulence
本文通过磁通量输运方法在三维动力学等离子体湍流模拟中发现，重联X线可延伸至系统尺度，颠覆了重联呈斑块状的旧观点，并揭示其受临界平衡调控。
2023-08-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Three-dimensional magnetic reconnection in astrophysical plasmas
磁重联是实验室、磁层、太阳和天体物理等离子体中的一个基本过程，其中磁能被转换为热能、体动能和快粒子能。它在二维中的性质比在三维（3D）中更好地理解，在三维中，它的特性完全不同，并且具有许多目前正在探索的不同方面。本文主要研究太阳系等离子体环境，特别是太阳耀斑中三维重联的磁流体动力学。在零点，分离器和准分离器的重联理论进行了描述，连同帐户的数值模拟和观察这三种类型的重联。分离重联和准分离重联之间的区别是一个理论上的区别，对于能量释放的观测并不重要。提出了一种新的太阳耀斑研究范式，其中三维重联起着核心作用。
2021-04-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Acceleration of Charged Particles and Formation of Power-law Energy Spectra in Nonrelativistic Magnetic Reconnection
磁重联是空间和天体物理等离子体中粒子加速过程的主要驱动力。了解粒子如何被加速以及由此产生的粒子能谱是重联研究的中心议题之一。我们回顾了最近的进展，在解决这个问题的非相对论重联，是相关的空间和太阳等离子体和超越。我们专注于粒子加速机制，粒子输运由于三维重联物理，以及它们在形成幂律粒子能谱的作用。最后指出了大尺度重联层中粒子加速和输运研究面临的挑战以及未来需要解决的相关问题。
2021-04-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Onset of secondary instabilities and plasma heating during magnetic reconnection in strongly magnetized regions of the low solar atmosphere
在一个2.5维多流体等离子体中性反应模型中，数值研究了太阳低层大气（距太阳表面约$300-800$ ~km）弱电离等离子体中不同空间尺度和不同高度的磁重联.我们考虑了强磁化等离子体（$β\sim 6\% $）从无力的磁位形演化而来，并被扰动以初始化重联电流片的形成。在大尺度上，观察到产生的电流片进行二次“等离子体团”不稳定性。一系列不同尺度下的模拟结果显示了一个级联电流片形成过程，该过程终止于宽度约为2 m，长度为$\sim100$ ~m的电流片，对应于临界电流片纵横比为$\sim50$。我们还观察到，等离子体团的不稳定性是主要的物理机制加速磁重联在这个等离子体参数制度。在等离子体团不稳定性出现后，重联率急剧增加到$\sim$ 0.035，观察到与Lundquist数无关。这些特征与完全电离等离子体中的磁重联非常相似。在这个低$β$导场重联制度，重组和碰撞的影响被观察到有一个小的贡献重联率。模拟结果表明，在磁重联过程中，将稠密的弱电离光球等离子体加热到$2\times10^4$ ~K以上是困难的。然而，当重联磁场为$500$ ~G或更强时，低太阳色球层中的等离子体可以被加热到$3\times10^4$ ~K以上。
2018-10-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Extreme Ultraviolet Imaging of Three-dimensional Magnetic Reconnection in a Solar Eruption
磁重联是磁场连通性的变化，是磁能爆发性释放的基本物理过程。它是宇宙中各种爆发现象的原因。然而，这个过程很难直接观察。在这里，磁拓扑结构与太阳重联事件的研究在三维（3D）使用两个航天器的组合视角。极紫外（EUV）图像序列清楚地表明，两组方向相反且不共面的磁环逐渐相互接近，形成分离器或准分离器，然后重新连接。随后将重连位点附近的等离子体从$\sim$ 1加热至$\ge$ 5 MK。不久之后，温暖的耀斑环（$\sim$ 3 MK）出现在热等离子体下面。重连的其他观测特征，包括等离子体流入和下降流，明确揭示和定量测量。这些观测结果为三维位形中的磁重联提供了直接证据，并揭示了它的起源。
2015-06-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Transport enhancement and suppression in turbulent magnetic reconnection: A self-consistent turbulence model
通过增强传输，湍流预计有助于快速重联。然而，湍流的影响并不那么简单。除了增强输运外，某些环境下的湍流还表现出抑制输运的作用。在存在湍流交叉螺旋度的情况下，这种输运增强和抑制之间的动态平衡发生。由于这种动态平衡的结果，有效增强磁扩散率的区域被限制在一个狭窄的区域内，导致快速重联。为了证实这一观点，本文提出了一个描述磁重联的自洽湍流模型。借助于数值模拟，其中湍流效应通过湍流模型以一致的方式并入，确认了湍流磁重联中的动态平衡。
2014-01-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Signatures of Secondary Collisionless Magnetic Reconnection Driven by Kink Instability of a Flux Rope
利用三维粒子模拟方法研究了单磁通绳内扭结不稳定性下二次磁重联的动力学特征。次级磁重联的几个签名被确定在垂直于磁通绳的平面：四极电子和离子密度结构和双极霍尔磁场开发的重联区域附近。最强的电场垂直于局部磁场形成，并且在垂直于磁通绳的平面中识别出重联电场。电子流沿着重连线在与支持通量绳磁场结构的电子流相反的方向上发展。沿重联线方向，出现多个平行于磁场方向的电场双极结构，使磁重联区产生湍流。二次磁重联的特征可以帮助定位空间、天体物理和聚变等离子体中的磁重联事件。
2014-08-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
On the collisionless asymmetric magnetic reconnection rate
非对称重联中稳态重联电场的预测是通过使重联率最大化作为由上游磁场在弱磁场（磁鞘）侧所作的张开角的函数来获得的。在无碰撞极限下，预测在广泛研究的非对称重联模型[Cassak和Shay，Phys. Plasmas 14，102114，2007]的两倍内，并且它们在宽参数范围内缩放相同。以前的模型有一个自由参数的扩散区的有效纵横比，模拟和观察表明是在0.1的顺序，但本模型没有自由参数。结合对称情况[Liu等人，物理修订信函118，085101，2017]，这项工作进一步表明，这个几乎通用的数字0.1，基本上是归一化的快速重联率，是一个几何因子，由磁流体动力学（MHD）尺度约束内的重联率最大化而产生。
2017-11-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Numerical simulation of oscillatory magnetic reconnection modulated by solar convective motions
本研究通过2.5维辐射磁流体力学模拟，探讨了太阳磁通量管浮现引发的振荡磁重联过程。结果表明，对流运动提供的准周期性外力是导致电流片取向反复反转的主导因素，且重联率振荡周期与p-mode振荡一致，为理解振荡磁重联的外部调制机制提供了新视角。
2025-05-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic Reconnection and Associated Particle Acceleration in High-energy Astrophysics
本文综述了高能天体物理中磁重联的研究进展，涵盖磁流体与无碰撞重联动力学及粒子加速机制，并探讨了关键物理过程与前沿问题。
2024-04-20 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection in Astrophysical Environments
磁重联是高导电流体中改变磁场拓扑结构的过程。传统上，磁重联大多与太阳耀斑有关。实际上，这一过程必然是普遍存在的，因为天体物理学中的流体是磁化的，流体元素的运动必然会导致磁力线中的磁冻结和磁重联的交叉。我们考虑了真实三维几何中存在湍流时的磁重联。在大多数天体物理环境中，这种湍流是预先存在的，但它也可以由磁重联本身引起。在这种情况下，湍流磁场漂移打开了重联流出区，使重联快速。本文讨论了Lazarian \& Vishniac（1999）湍流重联模型，它的数值和观测检验，以及它与现代对湍流拉格朗日性质的理解的联系。结果表明，重联率对MHD湍流水平的依赖性使得被普遍接受的Goldreich \& Sridhar（1995）湍流模型是自洽的。同样，我们认为，著名的阿尔文定理通量冻结是不正确的湍流流体，因此磁场扩散的湍流体积。这是磁场动力学的一个元素，以前的理论没有考虑到。例如，恒星形成理论的发展，假设它是唯一的漂移的中性粒子，可以违反否则完美的磁通冻结，受到影响，我们讨论的后果的湍流扩散的磁场介导的重联。
2014-07-23 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
How Anomalous Resistivity Accelerates Magnetic Reconnection
湍流诱导的反常电阻率（AR）是否能促进无碰撞等离子体中的快速磁重联是几十年来争论的一个主题。最近的空间观测表明，重联率可能高于霍尔重联率，并且需要湍流耗散。在本文中，使用粒子模拟，我们提出了一个案例研究如何AR产生的布尼曼不稳定性加速磁重联。我们首先证明了薄电子流层中Buneman不稳定性产生的AR/阻力1）通过耗散电子束的动能耗散存储在电流层中的磁能; 2）由波耦合引起的非均匀阻力自发地破坏磁场，引起电子尺度上的脉冲快速非霍尔磁重联，平均速率达到0.6 $V_A$ .然后，我们表明，在三维磁重联的x-点周围的强电子束驱动的布尼曼不稳定性显着增强的磁能耗散。电子尺度的磁重联由x线周围的不均匀阻力驱动，增强了重联电场和面内垂直磁场。大约40%的释放的磁能被AR转换成电子热能，而50%的释放的磁能通过重联电场的加速转换成电子束的动能。增强的磁能量耗散由净坡印亭通量流入平衡。大约10%的释放的磁能是通过增强的坡印廷磁通流出而带出的。这些结果表明，具有足够强度和电子尺度不均匀性的AR可以显着加速磁重联。
2017-08-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-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
Magnetic Reconnection in Turbulent Diluted Plasmas
本文用双流体理论研究了湍流等离子体中的磁重联事件。通过识别扩散区域，我们测量的重联率的电导率和电流片厚度的函数。我们已经发现，重联率的规模作为电流片的厚度的倒数的平方，是独立的扩散区域的纵横比，在其他分析，例如，甜帕克和Petscheck，和数值模型。此外，虽然重连率也与电导率的平方倒数成比例，但扩散区域的纵横比（其表现出$0.1-0.9$范围内的值）与后者不相关。我们的研究结果提出了一个新的磁重联率的表达式，经过实验验证，可以提供一个进一步了解的磁重联过程。
2017-03-03 astro-ph.SR physics.comp-ph 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
Energetics of kinetic reconnection in a three-dimensional null points cluster
我们进行了三维粒子模拟的磁重联与多个磁零点。磁场能量转化为动能比传统Harris片配置高约5倍。在25个反向离子循环频率期间，超过85%的初始磁场能量被转移到粒子能量。零点群中的磁重联演化经历了三个阶段。在第一阶段，离子束被激发，然后在第二阶段将其部分能量返回到磁场。在第三阶段，在沿低磁场条带形成的电流通道周围的许多小斑块中发生磁重联。在零点的磁重联基本上呈现三维特征，没有二维对称性或电流片。
2015-09-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-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
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
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
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
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
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
Exploring the acceleration mechanisms for particle injection and power-law formation during trans-relativistic magnetic reconnection
在相对论和反相对论区域中的磁重联能够将粒子加速到硬幂律能谱$f \propto γ^{-p}$（接近$p=1$）。决定光谱形状的潜在加速机制是目前研究的热点。利用全动力学等离子体模拟方法，研究了质子-电子等离子体跨相对论区域中磁重联过程中粒子的加速。虽然在这个参数制度的早期工作集中在平行于当地磁场的电场对粒子注入的影响（从热能到能量下限的幂律谱），在这里，我们检查的作用，平行和垂直的电场获得更完整的理解注入过程和进一步发展的幂律谱。结果表明，平行电场对粒子注入有重要贡献，且在磁重联的初始阶段更为重要。然而，随着模拟的进行，垂直电场的加速对于粒子注入变得更加重要，并且完全主导了负责高能幂律谱的加速。特别是对于较长的重联时间和较大的系统，即在更能反映天体物理来源过程的模拟中，这一点是强有力的。
2020-07-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Phase Diagrams of Forced Magnetic Reconnection in Taylor's Model
外部驱动的磁重联如何演变的理解的最新进展是组织在参数空间图。这些图是使用四个关键的无量纲参数：伦德奎斯特数$S$，磁普朗特数$P_m$，边界扰动的振幅$\hat Ψ_0$，和扰动波数$\hat k$。这种新的表示突出了一个给定的系统，其中的磁重联过程预计将区分由一个特定的演变的参数区域。与以前提出的相图相反，这里介绍的图考虑到了重连过程的动态演变，并且能够预测$S$和$P_m$的相同值的缓慢或快速重连制度，这取决于表征外部驱动器的参数，迄今为止从未考虑过。这些特征对于理解不同物理系统中磁重联的发生和演化具有重要意义
2015-05-04 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Thermal-inertial effects on magnetic reconnection in relativistic pair plasmas
研究了考虑磁流体热性质和惯性性质的相对论对等离子体中的磁重联过程。我们发现，在Sweet-Parker和Petschek相对论的情况下，由于热惯性效应，都有一个增加的重联率，都满足因果关系。为了表征新的影响，我们定义了一个热惯性数，这是独立的相对论性的Lundquist数，这意味着重连可以实现，即使是消失的电阻率作为唯一的热惯性效应的结果。目前的模型对于相对论性无碰撞重联具有根本的重要性，因为它构成了获得重联速率的最简单的方法，比仅用电阻率获得的重联速率更快。
2014-07-07 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Particle Acceleration and Plasma Dynamics during Magnetic Reconnection in the Magnetically-dominated Regime
磁重联被认为是宇宙中许多爆炸现象的驱动力。重联过程中的能量释放和粒子加速被认为是产生高能辐射和宇宙射线的一种机制。我们进行了二维和三维的动力学模拟来研究相对论性磁重联和相关的粒子加速。模拟的重点是电子-正电子等离子体开始与磁主导的，无力的电流片（$σ\equiv B^2/(4πn_e m_e c^2) \gg 1$）。对于这个限制，我们证明了相对论重联是非常有效的粒子加速通过一阶费米过程完成的曲率漂移的粒子沿相对论流引起的电场。该机制导致硬幂律谱$f \propto (γ-1)^{-p}$的形成，并且对于足够大的$σ$和系统尺寸，该谱接近$p = 1$。最终，大部分可用的磁自由能被转换成非热粒子动能。一个分析模型来解释的关键结果，并预测形成幂律分布的一般条件。在这些制度的发展导致相对论流入和流出的速度和增强的重联率相对于非相对论制度。在三维模拟中，二次扭结和撕裂不稳定性之间的相互作用会导致强烈的磁湍流，但不会显着改变能量转换，重联率，或粒子加速。研究表明，相对论性重联点是强的非热粒子源，这可能对各种高能天体物理问题具有重要意义。
2015-04-09 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Plasmoid Instability in High-Lundquist-Number Magnetic Reconnection
近年来，我们对电阻磁流体力学中磁重联的认识发生了根本性的变化。传统观点认为，在层流高伦德奎斯特（$S$）等离子体中，由电阻率介导的磁重联是缓慢的，受到Sweet-Parker理论预测的重联率的缩放的限制。然而，最近的研究表明，当$S$超过一个临界值$\sim10^{4}$时，Sweet-Parker电流片不稳定到超阿尔夫文等离子体团不稳定性，线性增长率与$S^{1/4}$成比例。在充分发展的统计稳态的二维电阻磁流体动力学模拟，归一化的平均重联率约为0.01，几乎独立于$S$，和分布函数$f(ψ)$的等离子体磁通量$ψ$遵循幂律$f(ψ)\simψ^{-1}$。当包含霍尔效应时，等离子体团不稳定性可能触发霍尔重联的发生，即使不满足传统的发生判据。丰富多样的可能的重联动力学组织在一个相图的框架。
2013-02-08 astro-ph.SR physics.geo-ph 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
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
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
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
Orientation of x-lines in asymmetric magnetic reconnection - mass ratio dependency
利用全动力学模拟，我们研究了非对称位形中磁重联的x线取向。一个空间局部扰动诱导一个单一的x线，有足够的自由度来选择其在三维系统中的方向。离子与电子的质量比的影响进行了研究，和x线出现平分的磁剪切角在大的质量比限制的电流片。通常可以通过扫描相应的2D模拟来推导取向，以找到使峰值重联电场最大化的重联平面。在质量比下限时偏离对分角的现象可以用撕裂不稳定性的物理机制来解释。
2015-04-13 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-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
A Model for Spontaneous Onset of Fast Magnetic Reconnection
我们提出了一个弱碰撞等离子体（如日冕）中快速磁重联自发发生的模型。当一个宏观宽度的电流层发生碰撞（Sweet-Parker）重联时，在X线周围会形成一个狭窄的耗散区。在重联过程中，随着更强的磁场朝向X线对流，该耗散区域自然变得更窄。当耗散区变得比离子趋肤深度更薄时，电阻性磁流体动力学由于霍尔效应变得重要而失效，并且Sweet-Parker解不再存在。向无碰撞（霍尔）重联的过渡使重联率在很短的时间内增加了许多数量级。该模型的预测结果与太阳耀斑观测的约束条件相一致。
2006-03-31 physics.plasm-ph physics.space-ph
Factors Controlling the Statistics of Magnetic Reconnection in MHD Turbulence
University of Delaware（特拉华大学）；University of Waikato（怀卡托大学）；University of Hawaii at Manoa（夏威夷大学马诺阿分校）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究揭示了磁流体动力学湍流中磁重联统计特性与全球湍流磁场的关系，发现重联率分布与湍流磁场幅度存在强相关性，表明磁重联在能量耗散中起重要作用。
2025-12-31 physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle-in-Cell Simulations of Collisionless Magnetic Reconnection with a Non-Uniform Guide Field
结果提出的碰撞磁重联从最近发现的精确的非线性无力Vlasov-Maxwell平衡的第一次研究。初始状态在一个方向上具有哈里斯片磁场分布，在第二方向上具有非均匀引导场，导致空间恒定的磁场强度以及恒定的初始等离子体密度和等离子体压力。研究发现，重联过程最初类似于引导场重联，但随着系统的发展，会逐渐过渡到反平行重联。一些等离子体参数的时间演化进行了研究，并与模拟结果进行了比较，从哈里斯片平衡和哈里斯片加上恒定的引导场平衡。
2015-12-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Relation of Astrophysical Turbulence and Magnetic Reconnection
天体物理学中的流体一般都是湍流的，这一点在大多数输运过程中都必须加以考虑。讨论了湍流对磁重联的影响以及磁重联对MHD湍流级联的影响。我们显示了磁湍流和磁重联的内在的相互依赖和相互关系，特别是，在3D强磁湍流需要重联和3D磁湍流需要快速重联。我们遵循Eyink，Lazarian & Vishniac 2011中的方法，证明了如果用湍流的Richardson扩散代替普通的欧姆扩散，可以恢复Lazarian & Vishniac 1999中快速磁重联的表达式。然而，这并没有恢复磁湍流扩散的概念，该概念假设磁场可以以被动的方式混合到非常小的耗散尺度。相反，我们处理的重联动态重要的磁场束，强烈抵制弯曲，并有明确的平均方向弱扰动的湍流。我们认为，在湍流的存在下，磁通冻结的概念需要修改。由磁湍流引起的扩散可以称为重联扩散，因为它是基于磁场线的重联。重联扩散对磁化等离子体中的连续输运过程和恒星形成有重要意义。此外，湍流介质中的快速磁重联引起高能粒子的一阶费米加速，可以解释太阳耀斑和伽马射线暴。然而，这些发展的最戏剧性的后果是，标准的磁通冻结的概念，必须从根本上修改湍流的存在。
2011-11-30 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Discussion on the vanishment of solar atmospheric structures during magnetic reconnection
School of Physics, Anhui University（安徽大学物理学院）；School of Materials Science and Engineering, Anhui University（安徽大学材料科学与工程学院）；School of Astronomy and Space Science, Nanjing University（南京大学天文与空间科学学院）；Key Laboratory for Modern Astronomy and Astrophysics (Nanjing University), Ministry of Education（教育部现代天文学与天体物理学重点实验室（南京大学））
研究发现磁重联过程中部分太阳大气结构消失，通过分析三个事件的拓扑结构变化，探讨了磁张力、第三维度变化和磁场湮灭等可能原因。
2025-12-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Theory of magnetic reconnection in solar and astrophysical plasmas
磁重联是等离子体中的基本过程，其通过允许磁拓扑结构的改变来促进存储在磁场中的能量的释放。本文综述了对磁重联的认识现状。我们讨论了在复杂的三维磁场中形成电流片的理论结果，并描述了在二维和三维重联之间的根本区别。我们继续概述最近的发展，在动力学理论的重联建模，以及在MHD框架中，一些新的三维重联制度已被确定。我们讨论了支持这一理论的太阳系等离子体的观测和模拟的证据，并总结了一些突出的位置，这个新的重联理论是相关的天体物理等离子体。
2012-07-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic reconnections in the presence of three-dimensional magnetic nulls and quasi-separatrix layers
利用三维磁流体动力学模拟方法研究了存在三维磁零点和准分界线层时的磁重联。初始磁场是通过在线性无力场上叠加两个不同幅度的均匀垂直磁场而产生的。数值盒的内部包含两个3D零值，其分界线圆顶由具有QSL的准分离器（或双曲通量管）分开。在第一次模拟中，均匀垂直场是如此之大，以至于零值位于低高度处，并且圆顶是分开的。最初不平衡的洛伦兹力驱动旋转流，形成强电流和强扭扇重联在三维零和弱QSL重联在双曲线通量管。在这两种情况下都观察到磁力线的翻转或滑动。在第二次模拟中，较弱的垂直场和较大的圆顶，分界线表面满足中央准分离器和他们的旋转驱动更强的QSL重联比以前。
2020-12-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph
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
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
The Reversibility Of Magnetic Reconnection
研究了磁重联过程中能量从磁场向周围等离子体转移的可逆性。测试粒子在场的分析模型中的轨迹表明，不可逆性与分界线交叉点和较弱磁场区域有关。包含引导场增加了可逆性的程度。完整的动力学模拟与粒子在细胞的代码支持这些结果，并表明，虽然时间反演模拟在第一次“un-reconnect”，他们最终演变成一个重新连接的状态。
2021-03-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Bursty magnetic reconnection at the Earth's magnetopause triggered by high-speed jets
本研究利用三维混合模拟揭示，在准径向南向IMF湍流条件下，磁鞘高速喷流撞击可压缩磁层顶电流片并触发局地突发磁重联。
2021-08-21 physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistical Properties of Turbulent Fluctuations Associated with Electron-only Magnetic Reconnection
内容：最近的卫星测量地球湍流磁鞘的证据表明，一个不寻常的重联机制，完全由电子驱动。这个新观察到的过程被称为电子重联，它与等离子体湍流的相互作用是一个有很大争议的问题。目的：通过对自由衰减等离子体湍流的二维-三维混合Vlasov-Maxwell模拟，研究了电子重联在等离子体湍流发展中的作用。特别是，我们寻找可能的差异与标准离子耦合重联相关的湍流。研究方法：通过对湍流磁场和离子流体速度涨落的结构函数的分析，刻画了湍流能量级联的结构和不稳定性。结果如下：我们发现，与纯电子重联相关的湍流涨落的统计特性与标准离子耦合重联相关的湍流涨落的统计特性一致，并且在湍流统计中没有发现与纯电子重联相关的特殊特征.这一结果表明，在无碰撞磁化等离子体中的湍流能量级联不依赖于与磁重联相关的特定机制。讨论了耗散范围的性质，指出在亚离子尺度下只有电子对磁场能量的耗散有贡献。
2020-08-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
How is the magnetic reconnection derived from magnetohydrodynamics equations?
我们澄清如何磁重联可以从磁流体力学（MHD）方程的方式，是容易理解的大学生。控制磁场时间演化的基本机制是扩散动力学。磁场由两个分量表示。它澄清了一个组件的扩散导致另一个组件的生成，最初是零，因此，磁力线重新连接。为了正确地发生这种重连，初始磁场必须在两个区域中方向相反，$y>0$和$y<0$ ;对于$y>0$（$y<0$）必须是凹的（凸的）;并且对于远离x轴的$y$必须是饱和的，这将指示当前片的存在。很明显，我们基于扩散的理解与关于磁重联的一般定性解释是平行的。
2012-06-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Three-dimensional Spontaneous Magnetic Reconnection
磁重联最为人所知的是对太阳的观测，它会引起太阳耀斑。观测估计重联率是阿尔文速度的一个小的，但不可忽略的部分，所谓的快速重联。直到最近，重联的流行图片是指电阻率或等离子体微观效应，这是矛盾的观察率。另一种情况是由于湍流中磁场线的随机性或薄电流片的撕裂不稳定性引起的重联。在本文中，我模拟了长期的三维非线性演化的薄，平面电流片的快速斜撕裂不稳定性的连续粘性MHD的直接数值模拟。后期的演化类似于一般的湍流，具有-5/3的功率谱和尺度依赖的各向异性，因此我得出撕裂驱动的重联成为湍流重联。湍流在尺度上是局部的，因此微观扩散系数不应该影响大尺度的量。这是通过随着Lundquist数的增加，重连率向$\sim 0.015 v_A$收敛来证实的。在这种有平均场的自发重联中，在没有驱动的情况下，单位面积的耗散率也收敛到$\sim 0.006 ρv_A^3$，无量纲常数$0.015$和$0.006$仅由剪切磁场的自驱动非线性动力学决定。值得注意的是，这也意味着薄电流片具有仅取决于其长宽比和$v_A/c$的通用流体阻力。
2016-10-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On the energisation of charged particles by fast magnetic reconnection
我们研究的作用，湍流在磁重联，磁流体力学的框架内，使用三维直接数值模拟。对于小的湍流强度，我们发现，重联率服从Sweet-Parker标度。对于足够大的湍流强度的重联率偏离显著的Sweet-Parker行为，几乎成为一个常数的函数的伦德奎斯特数。我们进一步研究在相同的设置测试粒子的激励。我们发现，激发粒子的速度服从麦克斯韦分布，其方差也服从Sweet-Parker标度小湍流强度，但弱依赖于Lundquist数大湍流强度。此外，方差被发现与重联磁场的强度增加。
2017-07-07 astro-ph.SR physics.plasm-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
A Generalized Flux Function for Three-dimensional Magnetic Reconnection
三维多重联磁场中的磁重联的定义和测量是一个具有挑战性的问题，特别是在缺乏零点的磁场中。我们提出了一个推广熟悉的二维概念的磁通量函数的情况下，一个三维场连接两个平面边界。利用场线映射的双曲不动点及其全局稳定和不稳定流形，我们定义了磁场的唯一通量分区。这种划分比二维场中相应的（众所周知的）构造更复杂，因为可能存在异宿点和混沌磁区。然而，我们展示了如何分区重联率很容易测量与广义通量函数。我们把我们的分区重联率的三维重联的共同定义的综合平行电场。一个分析的例子证明了理论，并显示如何通量分区响应一个孤立的重联事件。
2011-07-04 astro-ph.SR nlin.CD physics.plasm-ph
