Microphysics of Magnetic Reconnection in Near-Earth Space: Spacecraft Observations and Numerical Simulations

این کتاب پیشرفت‌های اخیر در فیزیک اتصال مجدد مغناطیسی را ارائه می‌کند که از طریق مشاهدات فضاپیمای درجا و شبیه‌سازی‌های عددی کاملاً جنبشی بررسی شده است. اتصال مجدد مغناطیسی یک فرآیند اساسی در فیزیک پلاسما است که طی آن پیکربندی مجدد توپولوژیکی میدان مغناطیسی منجر به تبدیل انرژی و انرژی بخشیدن به ذرات می شود. این کتاب بر روی فیزیک ناحیه انتشار الکترون (EDR) تمرکز دارد، منطقه ای مهم که در آن الکترون ها از میدان مغناطیسی جدا شده و به طور موثر توسط میدان الکتریکی شتاب می گیرند. این کتاب با استفاده از اندازه‌گیری‌های اخیر با وضوح بالا ارائه‌شده توسط مأموریت چند مقیاسی مغناطیسی ناسا (MMS)، ساختار EDR را در مگنتوپوز زمین بررسی می‌کند. تجزیه و تحلیل ارائه شده شواهدی برای یک ساختار ناهمگن و تکه تکه EDR فراهم می کند. به نظر می رسد ساختار EDR پیچیده تر از تصویر آرامی است که توسط مشاهدات و شبیه سازی های قبلی پیشنهاد شده است. سپس، دینامیک الکترون‌ها در EDR با استفاده از یک مدل جدید، کاملاً جنبشی اویلرین ولاسوف-داروین که در کد عددی Vlasov-Darwin (ViDA) پیاده‌سازی شده‌است، مورد مطالعه قرار می‌گیرد، که به تفصیل در کتاب توضیح داده شده است. در نهایت، این کتاب آزمایش این کد جدید را پوشش می‌دهد، و مشارکت اصطلاحات مختلف در قانون اهم تعمیم‌یافته در EDR را بررسی می‌کند، و نقش عبارت اینرسی الکترون را برجسته می‌کند.

This book presents recent advances in the physics of magnetic reconnection, investigated via both in situ spacecraft observations and fully kinetic numerical simulations. Magnetic reconnection is a fundamental process in plasma physics during which the topological reconfiguration of the magnetic field leads to energy conversion and particle energization. The book focuses on the physics of the electron diffusion region (EDR), a crucial region where the electrons are decoupled from the magnetic field and efficiently accelerated by the electric field. By using recent, high-resolution measurements provided by NASA’s Magnetospheric MultiScale Mission (MMS), the book investigates the structure of the EDR at the Earth’s magnetopause. The presented analysis provides evidence for an inhomogeneous and patchy EDR structure. The structure of the EDR appears to be more complex than the in laminar picture suggested by previous observations and simulations. Then, electrons dynamics in the EDR is studied using a novel, fully kinetic Eulerian Vlasov–Darwin model that has been implemented in the Vlasov–DArwin numerical code (ViDA), explained in detail in the book. Lastly, the book covers the testing of this new code, and investigates the contributions of the different terms in the generalized Ohm’s law within the EDR, highlighting the role of the electron inertia term.