磁层顶，磁尾和磁重联

电流片 电流片定义为一个薄表面,通过这个表面磁场强度或方向会发生显著的变化。从安培定律看，此表面一定带有显著电流。

磁层顶 磁层顶：磁层上边界，把源于地球的等离子体和磁场与太阳风等离子体分开来。其磁场强度由下式决定：

Chapman-Ferraro电流层的形成微观解释 左边为冷电子和离子束流，右边为均匀磁场。 根据每单位时间通过某一特定x-z平面（y=y0)。任何进入2倍离子回旋半半径区域的质子将跨越此平面。可求得电流： 利用 可得

地球磁尾 极盖区上空磁场强度的垂直分量在极盖区的积分 尾瓣磁场强度 两者相等，可得

同时，根据稳态磁尾静止下，尾瓣必须与等离子体片和太阳风之间保持压力平衡。可得 和尾瓣中的典型参数吻合 电流为

磁尾半径在磁尾的张开 利用压力平衡 同时 可得 整理后可得 其中

求得 积分可得 Coroniti和Kennel证明 在典型太阳风参数下 渐近的瓣场强度9nT.

磁场重联 磁场重联提供了一种快速将磁场能量转化成等离子体能量的机制，并伴随磁力线位形的变化。 磁场重联发生在磁冻结被破坏的区域的地方，要有电阻。而磁尾等离子体是无碰撞的。 磁场重联提供了一种快速将磁场能量转化成等离子体能量的机制，并伴随磁力线位形的变化。

磁重联 磁重联过程：磁能释放的主要机制 磁重联是方向相反的磁力线因互相靠近而发生的重新联结的现象，在此过程中系统将磁能转换为带电粒子动能。 B1 B2 磁重联模型普遍用于解释太阳耀斑 磁重联过程：磁能释放的主要机制

太阳耀斑能在短暂的时间内释放出相当于百万颗百万吨级氢弹的爆炸能量，可引起太阳局部区域的瞬时加热，辐射从γ射线直到射电波段的几乎全波段的电磁波，以及能量从103～109电子伏或更高能的各种粒子流。

稳态磁场重联 由此可得 即Ey为常数，由 由欧姆定律，得 根据安培定律，可得

磁场重联的流体描述 （Sweet-Parker模型） 假定不可压，电场空间均匀。 单位时间单位面积内流入的能量增加率 单位时间单位面积电磁能的入流率 两者相等，可得 因此

Sweet-Parker模型的困难 空间中爆发现象的持续时间: 几分钟 SP模型预言的重联时间: 几个月 电流片厚度: 空间中爆发现象的持续时间: 几分钟 SP模型预言的重联时间: 几个月 电流片厚度: 空间等离子体 , 因此 这样的电流片是不稳定的。

磁场重联的流体描述(Petsckek模型） 入流速度： Petsckek模型预言的重联时间 几分钟

早期的MHD模拟 Yan et al. (1992) 在X点增加电阻才能看到Petschek预言的重联位型 当电阻是常数时，MHD模拟观测不到Petschek预言的重联位型. 在X点增加电阻才能看到Petschek预言的重联位型

粒子的运动轨迹

无碰撞磁重联 离子扩散区: 离子非磁化，电子冻结在磁场上。离子和电子的分离运动导致垂直于重联面外的磁场的四极型分布。 电子扩散区: 电子也是非磁化的 重联率：

磁场重联的动力论描述

电子在X线附近的加速

分离线附近的电场在重联电子加速中的作用

重联区的电子速度分布 平行电场或磁镜的捕获作用

电子在偶极化锋面处的加速

有引导场时的重联 Electric and magnetic fields in guide field reconnection

电子在有引导场重联时的加速

多重X线重联 磁岛在多重X线重联中的产生

次级磁岛的产生 Daughton et al., PoP, 2006 Drake et al., GRL, 2006

次级磁岛的观测 Wang et al., PRL，2010

电子在磁岛中的加速 Drake et al., Nature, 2006 Fu et al., PoP, 2006

电子在磁岛中加速的观测证据 Chen et al., Nature Phys., 2008

电子在磁岛合并时的加速 Electrons are accelerated during the coalescence of magnetic islands[Oka et al., ApJ, 2010].

磁岛合并的观测证据 Wang et al., Nature Phys., 2016

电子在磁重联加速的机制分析 In the guiding center limit Curvature drift (Fermi reflection): increase the parallel energy Grad B drift-Betatron acceleration increase perpendicular energy- conservation Dahlin et al., PoP, 2014

磁岛合并是电子加速的机制分析 The electron acceleration by parallel electric field, Fermi and betatron mechanisms in magnetic reconnection with a guide field. [Wang et al., ApJ, 2016]

加速机制的空间分布 Nongyrotropy （Dahlin et al, 2014） (Aunai et al., 2013)

引导场对电子加速的影响 The number of electrons with energy

磁场重联和磁层动力学