การเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็ก

การเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็ก: ภาพตัดขวางของสี่เขตแม่เหล็ก สี่เขตแม่เหล็กที่แบ่งด้วยเส้นขอบที่เอียงสองเส้นจะเกิดขึ้น ตรงกลางของภาพมีแผ่นกระแสไฟฟ้า พลาสมาจะไหลเข้า (กระแสที่มุ่งไปยังแผ่นกระแสไฟฟ้า) จากด้านบนและล่างเข้าสู่บริเวณตรงกลาง เมื่อเชื่อมต่อใหม่ พลาสมาจะไหลออกไปทางซ้ายและขวาเป็นกระแสไหลออก (เจ็ตการเชื่อมต่อใหม่) แผ่นกระแสไฟฟ้าไม่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็ก อัตราการเชื่อมต่อใหม่จริงที่เร็วกว่าโมเดลมาตรฐานยังไม่เป็นที่เข้าใจ
ปรากฏการณ์การเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กบนดวงอาทิตย์
การเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็ก (อังกฤษ: Magnetic reconnection) คือกระบวนการทางฟิสิกส์ที่โครงสร้างของสนามแม่เหล็กในพลาสมาที่มีการนำไฟฟ้าสูงถูกจัดเรียงใหม่ ซึ่งพลังงานของสนามแม่เหล็กจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์หรือพลังงานความร้อน เวลาที่การเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นนั้นจะอยู่ระหว่างเวลาการแพร่กระจายของสนามแม่เหล็กและเวลาการแพร่ของคลื่นอัลฟ์เวน (Alfvén wave)
เส้นสนามแม่เหล็กจะถูกแบ่งแยกตามเขตแม่เหล็กที่ต่างกัน เมื่อเกิดการเชื่อมต่อใหม่โครงสร้างของเส้นสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไป นี่คือคำอธิบายเชิงปริมาณของการเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็ก เปลวสุริยะ (solar flare) เป็นปรากฏการณ์ระเบิดที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ พลังงานของสนามแม่เหล็กที่สะสมอยู่หลายชั่วโมงถึงหลายวันจะถูกปลดปล่อยออกมาในช่วงไม่กี่นาทีด้วยกระบวนการเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็ก ในแถบแม่เหล็กโลก การเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กจะทำให้เกิดแสงออโรรา ในห้องทดลอง การเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กเป็นกระบวนการทางฟิสิกส์ที่สำคัญในการควบคุมการหลอมรวมนิวเคลียร์ และเป็นอุปสรรคต่อการกักเก็บแม่เหล็กของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
ในพลาสมาที่นำไฟฟ้า เส้นสนามแม่เหล็กจะถูกเชื่อมโยงไปยังตำแหน่งต่าง ๆ โดยแยกออกเป็นเขตแม่เหล็กหลายเขต แม้ว่าจะได้รับผลกระทบจากกระแสไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กภายนอกที่มีความแรง โครงสร้างของเส้นสนามแม่เหล็กนี้ก็ยังคงเก็บรักษาอยู่ใกล้เคียงกับเดิม โดยเกิดกระแสเหนี่ยวนำเพื่อต้านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเส้นสนามแม่เหล็ก
การเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กแบบสองมิติที่พบได้บ่อยคือการเชื่อมต่อแบบ separator reconnection ตามภาพด้านขวา ในภาพจะแบ่งเป็นสี่เขตแม่เหล็ก โดยเส้นสนามแม่เหล็กจะเชื่อมโยงจากขั้วสนามแม่เหล็กในภาพไปยังขั้วแม่เหล็กอีกด้าน สำหรับการเชื่อมต่อแบบ separator reconnection จะมีการเชื่อมเส้นสนามแม่เหล็กเข้าจากสองเขตแม่เหล็กและออกไปยังอีกสองเขตแม่เหล็ก
ตามทฤษฎีของพลศาสตร์ของไหลแม่เหล็กแบบต้านทาน (resistive MHD) การเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นเนื่องจากความต้านทานไฟฟ้าของพลาสมาใกล้กับแผ่นกระแสไฟฟ้าที่รองรับสนามแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้านี้ได้รับการอธิบายจากสมการของแมกซ์เวลล์:
\nabla \times \mathbf {B} =\mu \mathbf {J} +\mu \epsilon {\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}
ความต้านทานไฟฟ้าของแผ่นกระแสจะทำให้กระแสแม่เหล็กกระจายออกในชั้นของแผ่น และโดยการตัดกันของสนามแม่เหล็กจากขอบทั้งสอง เมื่อเกิดการตัดกันนี้ พลาสมาจะถูกผลักออกเนื่องจากความดันของสนามแม่เหล็กที่ลดลงในบริเวณกลาง โดยสนามแม่เหล็กจะเข้าสู่บริเวณกลาง
ปัญหาในปัจจุบันของฟิสิกส์พลาสมาคือ ความเร็วของการเชื่อมต่อใหม่ที่สังเกตได้ที่มีตัวเลขลันด์ควิสต์ (Lundquist number) สูงจะเกิดขึ้นเร็วกว่าทฤษฎี MHD ที่คำนวณได้ถึง 13-14 หลัก นอกจากนี้ การคำนวณที่รวมถึงการเกิดการปั่นป่วนหรือผลกระทบด้านจลนศาสตร์ก็ยังคงมีความแตกต่างของเวลาในหลายหลัก ปัจจุบันมีทฤษฎีการเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กที่แข่งขันกันสองทฤษฎี หนึ่งในนั้นคาดการณ์ว่า ความปั่นป่วนของสนามแม่เหล็กที่ขอบเขตจะทำให้เกิดการกระจายตัวของอิเล็กตรอนอย่างแรงและเพิ่มความต้านทานของพลาสมาในพื้นที่เฉพาะ ส่งผลให้การกระจายของสนามแม่เหล็กเกิดเร็วขึ้น