空间等离子体动力学模拟中的磁零点

我们提出一项系统尝试，在各种等离子体构型的动力学Particle-in-Cell模拟中研究磁零点及相关的磁能转换。我们处理用半隐式动力学电磁代码iPic3D在不同设置下进行的3D模拟：Harris电流片变体，与太阳风相互作用的偶极和四极磁层；以及具有多个零点的松弛湍流构型。螺旋零点更可能在空间等离子体中产生：在我们所有模拟中，除月球磁异常和四极迷你磁层外，螺旋零点数量以3-9倍优于径向零点数量。我们展示磁零点常常不指示强能量耗散区域。由径向零点处拓扑分岔引起的能量耗散事件相当罕见且短暂。在Harris电流片和月球磁异常模拟中由径向零点形成的所谓X-lines相当稳定且未展现任何能量耗散。能量耗散在由磁流绳包围的螺旋零点附近更强烈，磁流绳轴部有强电流（其横截面类似2D磁岛）。这些令人联想到Z-pinches的零线由于二次不稳定性（如双流或扭曲不稳定性）有效耗散磁能，伴随磁拓扑变化。伴随螺旋零点的电流增强可能指示观测数据中的磁能转换位置。