磁重联被认为是普遍存在的等离子体过程，是空间物理中重要的研究课题。该过程中具有相反方向的磁力线重新连接为不同拓扑位型，产生快速的磁能释放，加速加热等离子体及非热粒子。磁重联被认为是许多空间和天文现象背后的主导机制，例如太阳/恒星耀斑、地球及其它行星磁层亚暴、伽马射线爆、日冕物质抛射等。快速的能量释放经常发生于这些现象，对空间环境、空间天气等产生巨大的影响，同时要求重联进行的速率(重联率)要足够快 (通常在0.01和0.1 VA/L 之间，L是系统尺度，VA/是阿尔芬速度)。目前，数值模拟给出磁流体尺度上的重联率一般在0.01 VA//L附近，如何产生更快速磁重联成为重要的科学问题。同时，重联发生的环境，如日冕、太阳风、星际介质、吸积盘等，通常具有高磁雷诺数，磁流体湍动被认为是普遍存在。 磁流体湍动可以明显改变许多等离子体过程, 而在湍动环境中，磁重联过程受到怎样的影响有待进一步的研究。
近日，实验室冯学尚研究员团队的杨利平副研究员与美国拉斯阿拉莫斯国家实验室以及北京大学的学者对高磁雷诺数下湍动磁重联过程进行了三维模拟研究。该研究结果揭示湍动并没有破坏大尺度电流片的重联过程，反而加快重联。重联率可达到0.1 VA//L，随湍动强度的增大而增大，但对磁雷诺数的依赖比较弱。同时，模拟结果显示如入流、阿尔芬性出流、磁通量绳、磁能动能快速转换等典型重联特征，且磁能快速下降和重联率急速增加的触发时间一致，证实湍动环境下大尺度磁重联的发生。对湍动加快重联的机理分析表明相比较于电流片的磁岛不稳定性，湍动磁场的随机游走或超级扩散更有可能加快重联。经重联调制后的湍动的各向异性非GS95所预测的临界平衡，表现为较弱的平行和垂直的关系。
该研究表明大尺度电流片倾向于发生激烈的磁重联过程，对快速磁重联的研究具有重要的意义。该工作发表于The Astrophysical Journal Letters，审稿人评价 ‘The manu is well written providing sufficient…’,‘As far as I know, this is the first study of the velocity anisotropy…’, ‘The manu investigates an important subject of fast reconnection…, and provides new insight into this problem’.
感谢国家自然科学基金和子午工程对本工作的资助. 文章链接：
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abb76b#
图1 速度Vx 和Vy，电流Jz 和磁场Bz的二维分布。电流Jz的一维分布显示湍动引起比Sweet-Parker模型预测更宽的电流片。