递归磁重联的谱特征

我们利用 2.5D 磁流体力学模拟研究撕裂不稳定电流片通过产生多个次级电流片和磁岛而发生非线性破裂的谱特征。在撕裂模演化的非线性阶段，会出现一种磁场能量密度呈现接近 $B(k)^2\sim k^{-0.8}$ 幂律谱的状态。该能谱出现在中性线处、主电流片的扩散区内，此处能量通过快速撕裂型不稳定的“递归”过程向更小尺度传递。远离中性线处，我们发现磁能谱演化为与“标准” Kolmogorov 谱相符的斜率。基于中性线处非线性阶段的自相似描述，我们给出一个模型，预测重联磁场能谱按 $k^{-4/5}$ 标度，与数值结果吻合良好。我们还给出了所预测幂律对一般电流片剖面的推广，并讨论了其对湍流现象学的潜在影响。这些结果向前推进了对磁岛（plasmoids）的“递归”产生的理解，后者被提出作为耀斑期间能量释放的一种可能解释，但更一般地，它会影响在高 Lundquist 数和无碰撞等离子体中自然形成的不稳定电流片随后的湍流演化，这类等离子体普遍存在于多数天体物理环境中。