利用粒子模拟研究无碰撞、受应力 X 点坍缩过程中的磁重联

本文考虑了弱受应力和强受应力两种 X 点坍缩情形。此处“弱”和“强”分别指 X 点发生 20% 和 124% 的单向空间压缩。在弱受应力情形下，重联率（定义为 X 点（磁零点）处的面外电场，并由外部磁场与阿尔芬速度的乘积归一化）的峰值为 0.11，其在 1.25 个阿尔芬时间内的平均值为 0.04。电流片中的电子能量分布在高能端呈现幂律分布，其指数随时间变化，在最终模拟时刻（1.25 个阿尔芬时间）达到最大值 -4.1。在强受应力情形下，磁重联峰值出现得快 3.4 倍且效率更高。此时重联率峰值达到 2.5，在 1.25 个阿尔芬时间内的平均重联率为 0.5。电流片中电子的幂律能谱指数变得更陡，达到 -5.5，该值接近在地球磁尾 X 型区域附近观测到的数值。在约一个阿尔芬时间内，弱受应力和强受应力情形下分别有 2% 和 20% 的初始磁能转化为热能和加速粒子能量。在这两种情形中，重联峰值期间均产生了四极面外磁场，这可能暗示重联处于霍尔（Hall）机制。这些结果强烈表明，无碰撞、受应力的 X 点坍缩作为将磁能转化为热能和超热粒子能量的有效机制，可能是解决日冕加热问题的一个重要因素。