近期，云南天文台博士研究生许杉杉、林隽研究员、梅志星副研究员等人通过磁流体力学（MHD）数值模拟，深入研究了快速膨胀等离子体驱动下的磁重联过程，揭示了其精细结构和物理机制。相关研究成果于近期发表在国际期刊《中国科学：物理学 力学 天文学》（Science China Physics, Mechanics & Astronomy）上。

在这项工作中，研究人员利用二维（2D）和二维半（2.5D）磁流体力学数值模拟，系统研究了由快速膨胀等离子体驱动下的磁重联过程。他们重点考察了三种重联模式：通量堆积型（flux pile-up）、Sonnerup型和混合型（hybrid）模式，这些模式源于重联入流区域气体压强和磁场强度的差异。模拟结果清晰显示，斯皮策（Spitzer）扩散区并非简单的X点结构，而是呈现为一个细长形的电流片。 电流片的两端各产生了两对慢模激波（SS），从而构成了分隔磁重联入流区与出流区的边界。

更深入的分析发现，在远离斯皮策扩散区的区域，两组旋转间断面（RD）位于慢模激波的内侧，形成了SS/RD组合的结构。旋转间断面使得重联出流区内的磁场方向发生反转，从而在该区域形成了独特的W-形磁场位型。模拟结果表明：磁场的旋转并非由中间波引起，且慢模激波位于旋转间断面的外侧（图1），这与Priest (1972, MNRAS 159, 389) 的理论预期相符，但与Petschek & Thorne (1967, ApJ 147, 1157) 以及Vasyliunas (1975, Rev. Geophys. Space Phys. 13, 303) 的经典模型存在明显差异。

该研究通过数值实验的方法，为快速驱动磁重联的物理过程提供了新的、更精细的图像，深化了对这一基本物理过程的理解，对解释实验室、太阳和空间等离子体中的爆发性能量释放现象具有重要理论意义。

该工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金委重点项目、云南省高层次人才培养支持计划-云岭学者项目、云南省太阳物理科学家工作室项目的支持。数值计算完成于云南天文台计算太阳物理实验室。

论文链接

图 1(a) Vasyliunas (1975, Rev. Geophys. Space Phys. 13, 303) 所讨论的磁场（实线）与波（虚线）的配置。其中“I”所代表的中间波位于“S”所代表的慢模激波外侧。(b) 数值模拟中电流片和慢模激波附近的磁力线分布形成了独特的W-形磁场位型。W-形磁场位型区域的(c) 等离子体密度、(d) 电流密度z分量及磁场的分布。(e) 和 (f) 分别为模拟结果中沿y=2.3和y=3各个物理量的跳变情况，表明在y=3处，慢模激波内侧出现了旋转间断面。