低$\beta$等离子体中箍缩电流片的理论模型

磁重联是宇宙中各种爆发现象中的重要物理过程。先前的研究发现，当电流片厚度变得与离子拉莫尔半径或离子惯性长度等微观长度量级相当时，会发生快速重联。在本研究中，我们利用一维磁流体动力学 (MHD) 模拟，研究了低$\beta$等离子体中洛伦兹力导致的电流片箍缩过程。已知该问题在忽略气体压力时存在精确的自相似解。我们将非线性 MHD 动力学与该解析自相似解进行了比较。MHD 模拟结果表明，当包含气体压力时，随着时间 $t \rightarrow t_0$（其中 $t_0$ 为解析解中电流片厚度变为 0 的爆发时刻），内爆过程会偏离解析自相似解。我们还发现，随着 $t \rightarrow t_0$，在箍缩电流片形成后会产生一对 MHD 快模激波并向前传播。基于 Rankine-Hugoniot 关系，我们推导了箍缩电流片中物理量关于初始等离子体$\beta$值的标度律。我们的研究有助于估算低$\beta$等离子体中形成的箍缩电流体内的物理量。