磁场重联中电子尺度的物理过程

磁场重联中电子尺度的物理过程

磁场重联是等离子体中磁能转化为等离子体能量的重要物理机制之一，与太空中许多爆发现象密切相关. 磁场重联是一个跨尺度的物理过程，其中发生在电子尺度的物理过程是影响重联触发和快速进行的关键，因此一直备受关注. 2015年磁层多尺度（MMS）卫星发射后，其提供的前所未有的高精度观测数据使我们对电子尺度的物理过程有了新的认识. 文章主要根据MMS卫星的观测结果，对磁场重联中电子尺度物理过程的最新研究进展进行了简要总结. 我们将重联区域划分为电子扩散区、离子扩散区以及重联出流区，从多个角度总结了其中发生的电子尺度物理过程，主要涉及以下内容：电子扩散区在入流或出流方向上可以形成多层结构，其形成过程可能涉及...

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Veröffentlicht in:地球与行星物理论评 2022-01, Vol.53 (5), p.544-555
Hauptverfasser: 满恒妍, 周猛, 钟志宏, 邓晓华, Hengyan, Man, Zhou, Meng, Zhong Zhihong, Deng Xiaohua
Format: Artikel
Sprache:chi
Schlagworte:
Coalescence
Diffusion
Electric fields
Energy
Energy conversion
Fluctuations
Geomagnetic field
Kinetics
Physics
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container_title 地球与行星物理论评
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creator 满恒妍
周猛
钟志宏
邓晓华
Hengyan, Man
Zhou, Meng
Zhong Zhihong
Deng Xiaohua
description 磁场重联是等离子体中磁能转化为等离子体能量的重要物理机制之一，与太空中许多爆发现象密切相关. 磁场重联是一个跨尺度的物理过程，其中发生在电子尺度的物理过程是影响重联触发和快速进行的关键，因此一直备受关注. 2015年磁层多尺度（MMS）卫星发射后，其提供的前所未有的高精度观测数据使我们对电子尺度的物理过程有了新的认识. 文章主要根据MMS卫星的观测结果，对磁场重联中电子尺度物理过程的最新研究进展进行了简要总结. 我们将重联区域划分为电子扩散区、离子扩散区以及重联出流区，从多个角度总结了其中发生的电子尺度物理过程，主要涉及以下内容：电子扩散区在入流或出流方向上可以形成多层结构，其形成过程可能涉及到多种不稳定性；电子扩散区内的新月形分布受Hall电场以及电子曲折运动等多种因素的影响，使得某些情况下该区域内的电子分布不再呈现出新月形分布；电子扩散区内的等离子体波动可以有效地加热电子以及提供反常电阻来打破磁冻结条件，在重联中起到了关键作用；电子扩散区中的非理想电场可以由电子压强张量项平衡，但有些事件中反常电阻项可能占据主导；离子扩散区中电子尺度相干结构的形成和演化过程对能量转换和耗散十分重要，包括磁岛合并驱动的湍流过程、开尔文—亥姆霍兹不稳定性触发的次级重联以及动理学尺度磁洞的形成等；重联出流区中磁通量绳之间的合并以及磁通量绳与背景磁场的重联可以通过多尺度耦合释放磁能，并且磁通量绳内部可以通过多种加速机制激发高能电子的产生；重联锋面附近往往对应着各种等离子体不稳定性以及强电流结构，在磁能释放中起到了重要作用. 此外，我们简单探讨了磁场重联在电子尺度的触发机制，如湍流中的唯电子重联以及磁尾由电子动理学驱动的磁重联等. 最后讨论了多尺度耦合过程在磁重联中的重要性以及目前尚未解决的部分关键科学问题.
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