日冕电流片中详细能量转换与光谱研究的数值实验

本文通过 2.5 维 MHD 数值模拟研究了日冕电流片中的能量转换和光谱。数值结果表明，在磁重联过程中，形成了许多由等离子体不稳定性介导的带有慢模激波的 Petschek 型精细结构。终止激波也可以在主磁岛上方和次级磁岛头部形成。这些激波在日冕电流片中产生热能方面起着重要作用。对于初始条件接近太阳日冕环境的数值模拟，在次级磁岛出现之前，产生的热能与总耗散磁能之比约为 $1/5$。次级磁岛出现后，产生的热能开始急剧增加，该比值可达到约 $3/5$。在等离子体密度和等离子体 $\beta$ 相对较低的环境中，等离子体可以被加热到高得多的温度。次级磁岛出现后，沿电流片的一维能谱不再表现为简单的幂律，且谱指数随波数增加。沿电流片的磁能谱的平均谱指数约为 $1.8$。二维谱直观地表明，次级磁岛出现后，部分高能级联到了大 $kx$ 和 $ky$ 空间。由数值模拟计算出的等离子体分布函数在中等 $\psi$ 区域内表现为更接近 $f(\psi) \sim \psi^{-1}$ 的幂律。利用 $\eta_{eff} = v_{inflow}\cdot L$，估计有效磁扩散率约为 $10^{11}\sim10^{12}$~m$^2$\,s$^{-1}$。