Magnetic Reconnection— Questions &

Challenges

Xiaogang Wang

School of Physics, Peking UniversityIFTS, Zhejiang University

Sept 23 2007, Suzhou, China

OUTLINE

• What we have known• What we don’t know• Possible answers• Brief summary

What we have known

• Hall effect physics– Alfven frequency whistler waves– Quadruple field– Fast reconnection rate 0.01 ~ 0.2VA

– Layer width of reconnecting field ~ di

– Electrical potential well on separatrix

What we have known

• In question– Layer length of reconnecting field ~

(diL)1/2

– Reconnecting rate ~ (di/L)1/2

– Electron density dip on separatrix (numerically observed)

– Lower hybrid oscillations (observed) – Electron Alfven speed disturbance

(observed)

What we have known

•3D reconnection features– The existence of magnetic nulls

(observed)–Null-null line (Separator,

observed)–Spines and fans (observed)– Lower hybrid waves on the

separator (observed)

What we have known

•3D reconnection features– Electron density peak on separato

r (observed)– Electrical potential well on separa

tor (observed)– Langmuir oscillation near separat

or (observed)

What we don’t know

• 电子惯性区中的波动，特别是低杂波的激发与传播；

• 电子惯性区（包括分形线）中的密度 sh 上升？下降？ —— 原因及后果；

• 重联过程中的电子加热机制？• 电子 Alfven 波的存在？• Electron hole 的产生原因以及电子声

波是否存在？

What we don’t know

• 电子压强梯度张量非对角项的贡献；• 重联率的 Scaling 的继续研究；• 电子惯性是否对重联率有贡献？• Whistler or 离子波的贡献、观测及其

与其他模式（比如 LHW ）的耦合？ • 剪切流对重联结构和重联率的影响

What we don’t know

• Hall 四极分布是否就是 Whistler or Alfven 频率 whistler 的驻波表现？

• 边界驱动对无碰撞磁重联的影响？

What we don’t know (3D)

• 3D 重联中的 Hall 四极分布问题？• Separator 上的电子加热机制及其与

2D 理论的对比？• Anti-parallel reconnection vs. Co

mponent reconnection ( 理论、观测上，对重联率的影响 )?

What we don’t know (3D)

• Null 以及 Null-null line 的产生机制（ X-line 不稳定导致 null pair 产生是否是唯一机制）？

• 3D 重联的动力学理论（ Theory of 3D reconnection dynamics ）

• 单个 Null 与 Null pair 对重联发生和重联率大小的影响

Possible answers

• 应用回旋动力学理论研究电子压强梯度张量非对角项的贡献；

• 重联率 Scaling 的实验研究；• 双流体理论、回旋动力学理论中 Whistler or Alfv

en 频率 whistler 与其它模式（如 LHW ）的耦合；

• 剪切流及 Alfven 共振研究 • 边界驱动无碰撞磁重联研究（ Hall MHD + Hybri

d codes)

Possible answers

• Separator 上的磁镜效应及电子加速与加热机制

• Anti-parallel reconnection — Component reconnection ：一个过程的两种表现形式；统计研究

SUMMARY

• Hall effects well understood• Electron dynamics not• 3D features getting attentions

• MHD & Magnetic reconnection FTP (PKU, ZJU, NAOC, USTC, DLUT)