AC28 · 磁应力释放能量

磁重联

磁场重新排列时，能量去了哪里？ 磁应力推动等离子体运动，电阻和黏性把一部分磁能与动能转成热。很薄的非理想区域让磁通改变与流体的连接关系，释放过程便能继续。

把探针拖过电流片，跟随磁场与流速，再看磁能怎样转成运动与耗散热。

探针处的磁场 $0.873$

探针处的流速 $0.181$

探针处的电流 $-0.971$

局部欧姆耗散功率 $0.0188$

AC28

跟随磁场穿过电流片

探针横坐标

0.800

x/L_0

探针纵坐标

2.40

y/L_0

给等离子体着色

在平面里拖动金色探针。高亮磁通线和四个测量值跟随同一保存状态。

所选时刻的独立Python计算解

保存时刻、单位与数值范围

三个按钮选择实际保存状态。演化在所选验证区间内继续求解同一套MHD方程，输运系数只随四个离散算例切换。

t_A=L_0/v_A,\quad q_0=B_0^2/(\mu_0t_A)

读数采用课程定义的磁场、阿尔芬速度、电流和功率密度尺度。周期平面的横纵坐标等比例显示，没有指定太阳上的实际长度、密度或场强。

-8\leq j/j_0\leq8

电流色标采用这个固定范围；耗散功率色标从零到归一化功率密度二。运动图标表示瞬时流速，播放速度作示意，并非跟踪电子。

重新载入，使用协作式计算复算局部感应反例与网格检查

模型假设

这是周期边界、二维不可压缩黏性电阻MHD初值模型，释放给定的初始磁应力。四个离散算例经过独立128/256网格和时间步检查。电流颜色、磁通线、流速与能量曲线来自同一个所选数值状态。运动图标表示瞬时流速，播放速度和颜色作示意。耗散只积入全局热量，没有温度方程；模型不含光球足点驱动、耀斑触发、粒子加速、三维演化或辐射预测。独立GOES教程分析真实波段辐照度，部分采样分钟的通量积分须假设现有秒样本能代表整分钟。

同一个数值状态

磁应力推动喷流

所选物理时刻 $1\,t_A$

磁能转成运动与热

t/t_A,\quad E/(B_0^2/\mu_0)

各量均为全域平均能量密度。蓝色为磁能，绿色为动能，橙色与紫色为电阻和黏性耗散热。

$(E_B+E_K+Q_\Omega+Q_\nu)/E_0=1.000$

两个磁零点之间的磁通

t/t_A,\quad[\psi(O)-\psi(X)]/(B_0L_0)

金色为所选磁岛的带符号磁通差，两个零点都可能扩散。

\dot\psi(O)-\dot\psi(X)=E_z(X)-E_z(O)

这份计算覆盖什么范围

四个固定算例释放周期磁场中给定的初始应力。局部感应、细网格场量和时间步误差分别检验，全局能量总和不能替代它们。保留的粗网格理想反例展示了只看守恒会漏掉什么。太阳足点驱动、耀斑起始、粒子与发光还需要后续模型。

画面预览对已验证的128网格Python状态取样，JavaScript继续演化前会核验完整保存输入。

先抓重点

核心问题: 这个模型里的磁能去了哪里？
一句话直觉: 磁场加速流体，电阻与黏性分别把能量积入耗散热。

核心数学模型

流体携带磁通

\partial_t\psi+\mathbf v\cdot\nabla\psi=\eta\nabla^2\psi

等 $\psi$ 线描出磁场方向， $\eta$ 是无量纲磁扩散率。理想算例把它设为零。

同一平面里的两种场

\mathbf B=(\psi_y,-\psi_x),\qquad\mathbf v=(\phi_y,-\phi_x)

磁势给出磁场，流函数给出流速；两种场都没有散度。

没有外界驱动时的能量总和

E_B+E_K+Q_\Omega+Q_\nu=E_0

初始能量在磁能和动能之间交换，并积入两份耗散热。归一化热量本身不能给出气体温度。

两个磁零点都可能扩散

\frac{d}{dt}[\psi(O)-\psi(X)]=E_z(X)-E_z(O)

封闭的周期磁岛在O点也会扩散，磁通差的变化率要用两个零点的电场之差。

常见难点

把磁力线当细线

容易误解画出来的线由一串固定粒子组成。

正确理解线描述瞬时磁场，流体微团则跟随速度场运动。两者是不同的场。

只看能量误差

容易误解总能量几乎不变，就说明磁重联已经算准。

正确理解保留的粗网格理想反例能守住全局量，却错误地改变磁零点处的磁通。还要检查局部感应方程，并与细网格比较。

把热量当亮度

容易误解耗散热曲线就是太阳耀斑的光变。

正确理解要算发出的X射线，还须求密度、热力学、热传导、辐射和仪器响应。GOES教程单独分析真实波段辐照度。

动手实验

01
找到喷流
先看默认状态，再把金色探针拖过明亮的电流片。
你会看到： 绿色箭头和探针数值表示计算出的流速。穿过探针的金线是所选时刻的磁通等值线。
02
去掉不可逆加热
选择理想流动，比较磁能与动能曲线。
你会看到： 在经过验证的短时区间里，两种能量互相转换，耗散热保持为零。
03
改变真正起作用的输运过程
比较扩散和黏性算例，用展开设置里的保存时刻回到相同时间。
你会看到： 扩散直接作用于磁场，黏性抑制流动。它们的能量曲线来自不同的计算解。
04
检查一份保存状态
保存JSON和历史CSV，对照所选时间、磁场图、探针与能量值。
你会看到： 这些量指向同一算例、同一数值时刻。要换成太阳上的实际单位，还须指定长度、场强与密度。

磁重联

磁应力推动喷流

磁能转成运动与热

两个磁零点之间的磁通

跟随磁能走向运动与热

核心数学模型

流体携带磁通

同一平面里的两种场

没有外界驱动时的能量总和

两个磁零点都可能扩散

常见难点

把磁力线当细线

只看能量误差

把热量当亮度

动手实验

找到喷流

去掉不可逆加热

改变真正起作用的输运过程

检查一份保存状态

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