快速磁场重联中导向场大小对磁场重联层结构不对称性的影响

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磁场重联广泛存在于空间等离子体和实验室等离子体中,是日地空间系统中重要的等离子体物理过程。磁场重联一般开始于微观尺度的扩散区内,最终引起宏观尺度上的磁力线拓扑结构的改变,并且伴随着磁场能量的快速释放和输运。空间等离子体一般都是无碰撞等离子体,即等离子体的平均自由程要远大于等离子体的特征长度。日地空间系统中大部分发生的磁场重联都是快速磁场重联,即能量的释放速度非常快。快速磁场重联模型中一个显著的特征是在重联扩散区附近有Hall四极磁场和双极电场结构的形成,这一特征也成为了卫星观测中寻找重联扩散区的重要判据。在磁场重联的研究过程中,多数的模型都通常假设垂直重联面方向的磁场分量为零,即没有导向磁场的存在。若考虑导向场的存在,一般认为导向场与Hall磁场只是单纯的叠加关系。然而,在近些年的观测和模拟中发现,存在导向场时Hall四极磁场并不是与导向场单纯叠加,其结构已被扭曲,关于中性电流片呈现出不对称性。在本文中,我们利用2.5-D全粒子模拟研究了不同导向场情况下Hall磁场和Hall电场的不对称性。我们得到了Hall磁场By和Hall电场Ez随导向场大小的变化情况,发现By场被导向场所扭曲,变成了非轴对称结构。且By的极大与极小值的幅值比随着导向场的增大而增大,最后趋于稳定。Ez的极大与极小值的幅值比在近X点处随着导向场增大而增大,随后趋于不变。同时我们发现,随着导向场的增大,Ez的双极结构出现了新的负极而变为三极结构,且其幅值随导向场增大而增大,随后趋于不变。最后,通过对比广义欧姆定律中各项的大小,我们发现Ez由Hall项主导,幅度不对称性主要由Hall效应导致。在近X点处,电场Ez新的负极的出现由对流项主导,而在远X点处,由Hall项和对流项共同主导。
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