什麼是磁場重聯?怎樣理解三維磁重聯?


謝謝邀請。
磁場重聯是等離子體物理和空間物理中的重要概念,最早是Giovanelli在1947年提出並用來解釋日珥以及耀斑現象,隨著聚變堆研究的興起,開始在實驗室環境中觀測到磁場重聯。雖然這不是一個新的課題了,但即使在今天也有很多問題沒有研究清楚。我在研一上課時大概是四次課講完,因此在這裡只作為科普介紹。

關於磁場重聯的定義有很多種,在此引用王水院士在《磁場重聯》書中1.2節的定義:

所謂磁場重聯,是指具有有限電導率的磁等離子體中,電流片中的磁力線自發或被迫斷開和重新聯接的過程,伴有磁能的突然釋放並轉化為等離子體的動能和熱能,引起帶電粒子的加速和加熱。

簡單的說,就是磁力線斷開後重新聯接

整個磁場重聯過程如圖簡述:

  • t0時刻:即初始狀態,虛線表示電流片,兩邊是有反平行分量的磁場和等離子體。
  • t1時刻:由於某種原因(比如擾動),反向磁力線開始彼此靠攏。
  • t2時刻:反向磁力線在X點處接觸。
  • t3時刻:由於經典電阻率或其他過程引起的磁擴散效應的影響,初始磁力線被斷開並和斷開的另一端彼此重新聯接為兩條新的磁力線。

目前常見的理論模型是Sweet-Parker和Petschek模型,在此不再累述。
由於知乎不支持GIF,我將一些示意動圖和短視頻打包放到網盤,來自於以前的課件和wiki。
鏈接: http://pan.baidu.com/s/1kUCacOv 密碼: fisp
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找了個在線相冊傳動圖
電流片動圖:
http://photo2.bababian.com/upload7/20160822/8C1653FF149F39A6E1E00C01B5CA68DC.jpg
重聯區動圖:
http://photo2.bababian.com/upload7/20160822/376EE34460DEE3E1B2E7C4D32F209677.jpg
導向場磁重聯
http://photo2.bababian.com/upload7/20160822/800731F9AA0EA4B40E2A2F7B67240002.jpg
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對目前研究情況感興趣的可以參看這條:
如何評價「NASA首次直接觀測到磁場重聯」這條新聞? - 物理學


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