湍流重联及其启示

磁重联是磁场拓扑结构改变的过程，是磁化等离子体中最基本的过程之一。在大多数天体物理环境中，雷诺数很大，因此向湍流的转变是不可避免的。任何磁重联理论都必须考虑这种湍流，因为初始的层流构型可以转变为湍流状态，这一点已由三维高分辨率数值模拟所证实。我们讨论了湍流如何修正重联的观点，重点关注 Lazarian & Vishniac (1999) 重联模型，并提出了支持该模型的数值证据，表明它与理查德森扩散 (Richardson diffusion) 概念密切相关，且与磁化流体的拉格朗日动力学相容。我们指出，计及湍流运动的广义欧姆定律 (Generalized Ohm's Law) 预测，在真实湍流介质中，微观等离子体效应处于次要地位。我们表明，湍流最显著的后果之一是违反了普遍接受的磁通量冻结概念。这一概念是大多数处理磁化等离子体理论的基石，因此其改变引发了公认范式的根本性转变，例如湍流重联蕴含着对于理解恒星形成至关重要的扩散过程。我们认为，在足够高的雷诺数下，撕裂模重联过程应转变为湍流重联。我们讨论了湍流重联预测的耀斑，并将其与太阳耀斑和伽马射线暴联系起来。我们分析了太阳观测、太阳风或日球层电流片中的测量结果，并展示了它们与湍流重联预测的一致性。最后，我们讨论了一阶费米加速 (1st Order Fermi acceleration) 作为湍流重联的自然结果。