由超阿尔芬剪切流引起的阿尔芬共振层对磁场重联的影响

摘要

磁场重联提供了一种将磁能快速转化为等离子体动能和热能的有效机制，同时引起磁场拓扑结构的变化。磁场重联作为一个基本过程，被用来解释自然界中的能量的突然释放现象，例如在空间物理和磁约束聚变中。磁场重联常被各种不稳定性所激发。剪切流广泛存在空间等离子体和实验室等离子体中。剪切流对磁场重联的影响应该仔细地研究，尤其是有阿尔芬共振层的情况下，共振层出现在剪切流的速度与当地的Alfven速度相匹配的地方。
　　 本文应用数值模拟的方法研究了超Alfven剪切流对磁场重联的影响。在不可压缩电阻磁流体力学模型下，我们发现一对Alfven共振层在重联层外形成。共振层位于初始流速度等于当地Alfven速度很窄的范围内。随着磁岛的发展，这对共振层慢慢远离重联分离线。共振层的出现强烈压制了磁场重联。抑制作用的强弱很大程度上依赖于共振层的强度和两个共振层间的距离。随着超Alfven剪切流速度的增大或剪切宽度的减小，那对共振层有相互接近的趋势并且强度越来越大。当剪切流的速度在1.0～1.6vA之间变化时，最大重联率先增大后减小。这是Alfven共振层的抑制作用与Kelvin-Helmholtz电阻不稳定性的促进作用相互竞争的结果。而对于不同宽度的剪切流，最大重联率也有类似抛物线的变化。当剪切流足够强或剪切宽度足够窄时，二级撕裂模发展起来，在重联过程中会有两个磁岛出现。这些结果可应用于理解实验室等离子体和空间等离子体中的磁场重联的动力学过程。