磁重联出流边界结构

利用粒子模拟（PIC）和基于各向异性磁流体力学方程的建模，研究了反平行场无碰撞重联过程中在出流边界形成的激波结构。大规模重联 PIC 模拟及伴随的激波发展 Riemann 模拟表明，出流内部反向流动离子产生的压强各向异性阻止了经典 Petschek 关断慢激波（SSS）的形成。实际形成的激波结构由消防水带稳定性参数 epsilon=1-mu_0(P_parallel-P_perpendicular)/ B^2 通过其对中间波和慢波速度次序的影响来控制。这里 P_parallel 和 P_perpendicular 分别是平行和垂直于局域磁场的压强。出流边界由一系列两个激波和一个旋转波组成。第一个激波将 epsilon 从上游的 1 降至下游的 0.25 平台。epsilon=0.25 的条件是特殊的，因为在此值下非线性慢波和中间波的速度简并。第二个慢激波保持 epsilon=0.25 不变，但进一步减小重联磁场的振幅。最后，在出流核心 epsilon 进一步下降，过渡由重联磁场旋转到平面外方向完成。出流的加速发生在两个慢激波之间，而非最终旋转期间。结果是出流速度低于基于渐近磁场的 Walen 条件所预期的速度。本文给出了出流内部 epsilon 的临界值的简单解析表达式，低于该值时 SSS 不再约束重联出流。