部分电离等离子体中重联驱动的慢模激波的形成与演化

慢模MHD激波在磁重联中的作用对于能量转换和输运极为重要，但在许多天体物理等离子体中，等离子体并非完全电离。本文利用数值模拟，研究了在恒定压强和密度背景态下由磁场不连续性引发的1D黎曼问题中，质子-电子电荷中性流体与中性氢流体之间的碰撞耦合的作用。该系统在MHD极限下以两种波为特征：驱动流动朝向慢模MHD激波的快模稀疏波。系统经历四个阶段演化：起始、弱耦合、中等耦合和准稳态。初始阶段的特征是一个过压中性区以爆炸波特征膨胀。在后期阶段，系统趋向于自相似解，其中主要漂移速度集中在激波前端的薄区域内。由于系统的性质，与纯流体力学激波相比，中性流体被激波过压，导致中性流体膨胀形成激波前兆。一旦形成，激波前的厚度与电离分数成-1.2次幂比例，该指数小于由简单标度论证天真预期的数值。一个有趣的结果是，对于激波前端上游亚声速（c型激波），激波前端是物理变量的连续过渡；而对于上游超声速（j型激波），则是物理变量的尖锐跳跃随后弛豫到下游值。由跨越激波前端的速度漂移产生的摩擦加热可达到参考磁能的约百分之二。