急速駆動プラズマ磁気リコネクションのメカニズムを解明(New Study Reveals Mechanisms of Rapidly Driven Plasma Magnetic Reconnection)

2025-08-04 中国科学院(CAS)

中国科学院雲南天文台の研究チームは、急速に駆動されるプラズマにおける磁気リコネクションの詳細構造と物理機構を、磁気流体力学(MHD)数値シミュレーションで解明した。磁気リコネクションは磁力線が切断・再接続され、大量のエネルギーを放出する現象で、太陽フレアや宇宙天気などの理解に不可欠。本研究では、流入域のガス圧と磁場強度の違いにより「フラックス堆積型」「Sonnerup型」「ハイブリッド型」の3モードが現れることを確認。リコネクション核であるSpitzer拡散領域は細長い電流シートとして形成され、その端には2対のスローショック(SS)が発生し、流入・流出領域を区切る。さらに、SSの内側には回転不連続(RD)が存在し、SS/RD構造を形成。これが磁場反転を引き起こし、特徴的な「W型」磁場構造を生むことを確認した。結果は、実験室・太陽・宇宙プラズマのエネルギー放出現象の理論理解を深めるものとなった。

<関連情報>

急速に膨張するプラズマに駆動される高速磁気再結合の数値実験 Numerical experiments of fast magnetic reconnection driven by the rapidly expanding plasma

Shanshan Xu,Jun Lin & Zhixing Mei
Science China Physics, Mechanics & Astronomy  Published:01 July 2025
DOI:https://doi.org/10.1007/s11433-025-2688-0

Abstract

Three modes of magnetic reconnection, flux pile-up, Sonnerup, and hybrid, are examined in the context of driven magnetic reconnection via 2D and 2.5D magnetohydrodynamic (MHD) numerical simulations. They result from variances in gas pressure and magnetic field strength in the reconnection inflow region. The simulation demonstrates that the Spitzer diffusion region of magnetic reconnection is not just an X-point; instead, it appears as a slim and elongated current sheet that creates two pairs of the slow-mode shock (SS) on either end. These shocks contribute to forming four boundaries that separate the inflow from the outflow. In the regions far from the Spitzer diffusion region, two sets of rotational discontinuity (RD) stand inside the SSs and form the combination of SS and RD structures. The RDs reverse the magnetic field inside the reconnection outflow region, and create a W-shaped magnetic field in that region. The scenario that the rotation of the magnetic field is not caused by an intermediate wave, and the SS is located outside the RD, is consistent with the inference of Priest (Mon. Not. R. Astron. Soc. 159, 389 (1972)), and is contrary to that of Petschek and Thorne (Astrophys. J. 147, 1157 (1967)) and Vasyliunas (Rev. Geophys. Space Phys. 13, 303 (1975)).

1701物理及び化学
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