快速磁重联数值模拟研究获进展

文章导读

你是否对太阳爆发背后的神秘机制充满好奇？此次研究首次通过数值模拟揭示了快速磁重联过程中磁场的W形结构及其能量释放机制！中科院云南天文台林隽团队通过2D与2.5D磁流体模拟，发现Spitzer扩散区呈现细长电流片，并在其内外测得慢模激波与旋转间断面的相互作用，颠覆了传统模型认知。这一成果有助于理解太阳和空间等离子体中的剧烈能量释放现象，为航天与等离子体物理研究提供关键支持，科学价值重大，不容错过。

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近期，中国科学院云南天文台研究员林隽团队通过二维（2D）与二维半（2.5D）磁流体力学数值模拟，深入研究了快速膨胀等离子体驱动下的磁重联过程，揭示了其精细结构和物理机制。

研究人员重点考察了通量堆积型、Sonnerup型以及混合型三种重联模式，这些模式源于重联入流区域气体压强和磁场强度差异。模拟结果显示，Spitzer扩散区并非简单的X点结构，而是呈现为细长形的电流片，且电流片两端各产生了两对慢模激波（SS），进而构成分隔磁重联入流区与出流区的边界。

进一步，研究人员分析发现，在远离Spitzer扩散区的区域，即两组旋转间断面（RD）位于慢模激波的内侧，形成了SS/RD组合结构。同时，旋转间断面使重联出流区内的磁场方向发生反转，并在该区域形成了独特的W-形磁场位型。模拟结果表明，磁场旋转并非由中间波引起，且慢模激波位于旋转间断面外侧，这与Priest的理论预期相符，但与Petschek&Thorne以及Vasyliunas的经典模型存在明显差异。

这一研究通过数值实验方法，揭示了快速驱动磁重联的精细物理过程，深化了学界对这一基本物理过程的理解。同时，该研究对解释实验室、太阳及空间等离子体中爆发性能量释放现象具有理论意义。

相关研究成果发表在《中国科学：物理学力学天文学》（SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、云南省的支持。

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快速磁重联数值模拟研究获进展

（a） Vasyliunas探讨的磁场（实线）与波（虚线）的配置；（b）数值模拟中电流片和慢模激波附近的磁力线分布形成了独特的W-形磁场位型；（c）W-形磁场位型区域的等离子体密度；（d）电流密度z分量及磁场的分布；（e）和（f）分别为模拟结果中沿y=2.3和y=3各个物理量的跳变情况，表明在y=3处，慢模激波内侧出现了旋转间断面。