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La fisica delle magnetosfere Ermanno Amata Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario C.N.R. Febbraio-Marzo 2003.

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Presentazione sul tema: "La fisica delle magnetosfere Ermanno Amata Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario C.N.R. Febbraio-Marzo 2003."— Transcript della presentazione:

1 La fisica delle magnetosfere Ermanno Amata Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario C.N.R. Febbraio-Marzo 2003

2 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario 1. La magnetosfere sono regioni dominate dal campo magnetico di un corpo celeste: loro caratteristiche comuni e specifiche. 2. Le magnetosfere stellari (non le tratteremo in particolare). 3. Le magnetosfere planetarie (da Mercurio ai pianeti esterni). 4. Linterazione del vento solare con oggetti celesti non dotati di campo magnetico proprio. Il caso della cometa di Halley. 5. La magnetosfera terrestre e le relazioni Terra-Sole. Argomenti da trattare

3 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario

4 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La magnetosfera terrestre e le sue regioni principali.

5 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La regione di interazione del vento solare con il campo geomagnetico. Da sinistra: Il vento solare Londa durto stazionaria La regione di transizione La magnetopausa Le cuspidi polari Le linee di dipolo compresse La coda geomagnetica e le linee stirate

6 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Cometa di Halley

7 Vento solare e IMF velocità di emissione radiale v r + rotazione del sole Spirale di Archimede Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La fisica delle magnetosfere

8 Vento solare e IMF velocità di emissione radiale v r variabile + velocità angolare di rotazione solare c costante Spirale di Archimede più o meno evidente sul piano delleclittica Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La fisica delle magnetosfere

9 Vento solare Velocità di Alfvén: velocità di propagazione delle onde caratteristiche dei plasmi, le onde di Alfvén. Il VENTO SOLARE è un plasma di protoni liberi ed elettroni. È un flusso di materia in allontanamento dal Sole fino a 100 UA a velocità superalfvéniche. Campo magnetico interplanetario generato alla base della corona. Elevata conducibilità elettrica --> congelamento delle linee di forza nel vento solare, che le trasporta via dal Sole. Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La fisica delle magnetosfere

10 Parametri del vento solare allorbita terrestre (1U.A.) v r 400 km/s ( km/s) B 2 10 nT n 1 10 cm -3 T p 2*10 4 2*10 5 K T e 6*10 4 3*10 5 K v A km/s Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La fisica delle magnetosfere

11 Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La magnetosfere sono regioni dominate dal campo magnetico di un corpo celeste in presenza di un flusso di plasma in moto relativo rispetto ad esso. I fenomeni fisici che caratterizzano le magnetosfere non sono intuitivi, poiché il plasma non fa parte della nostra esperienza quotidiana.

12 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario

13 Accademia dei Lincei, 10 ottobre E. Amata, IFSI/CNR Sole Vento solare Magnetosfera Ionosfera Atmosfera UV Scambio di plasma Correnti allineate Proiezione di E lungo B Effetto Joule Interazioni ioni-neutri Radiazione e.m. Relazioni Sole-Terra

14 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Una macchia solare

15 Vento veloce (alla Terra): 700 km/s, 3 cm -3, 2 ·10 5 K E. Amata, IFSI/CNR Accademia dei Lincei, 10 ottobre Il vento solare visto da Ulisse (09/1994 – 07/1995) Vento lento (alla Terra): 400 km/s, 8 cm -3, 4 ·10 4 K Vento solare lento e veloce Buchi coronali Linee di B chiuse

16 Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La fisica delle magnetosfere Al massimo solare Ulisse non osserva il vento veloce ad alta latitudine eliosferica.. Avvicinandosi nuovamente al minimo solare Ulisse osserva il ricostituirsi della regione di vento veloce ad alta latitudine eliosferica. Al minimo solare Ulisse osserva ampie regioni di vento veloce ad alta latitudine eliosferica.

17 E. Amata, IFSI/CNR Accademia dei Lincei, 10 ottobre Vento solare Dipolo geomagnetico Onda durto stazionaria Magnetopausa Coda geomagnetica Foglio di corrente Regione di transizione

18 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario

19 Vento solare Magnetopausa Cuspide polare meridionale Cuspide Polare settentrionale Cuspide esterna Corrente nella magnetopausa Correnti allineate Corrente ad anello Corrente del foglio neutro Correnti nella magnetopausa Plasma sheet Mantello Plasmasfera Ionosfera Lobo settentrionale LLBL Entry Layer PSBL

20 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario LLBL

21 Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La magnetopausa La fisica delle magnetosfere La magnetopausa è una superficie 3D, grosso modo un paraboloide di rotazione intorno alla retta Terra-Sole. Il suo punto subsolare, sua intersezione con la retta Terra-Sole, si trova in media a 10 R T dal centro della Terra. La sua posizione esatta si calcola eguagliando la pressione totale del vento solare allesterno con quella allinterno di essa. Essa racchiude la magnetosfera in cui è, in prima approssimazione, confinato il campo geomagnetico. Lo spessore della magnetopausa è dellordine del raggio di Larmor dei protoni, ……………… La magnetopausa sulle cuspidi è incavata verso linterno per la presenza di una regione di plasma del vento solare accumulato nella cosiddetta cuspide esterna. Alla magnetopausa si ha la riconnessione del campo magnetico del vento solare con quello terrestre. In conseguenza della riconnessione alla magnetopausa, si formano regioni sulla magnetopausa, soprattutto nelle regioni polari, attraverso cui le linee di forza del campo geomagnetico si estendono nel vento solare. Il plasma che, in vario modo, penetra attraverso di essa crea immediatamente al suo interno: il mantello, lo strato di ingresso (Entry Layer), il Low Latitude Boundary Layer (LLBL). Analogamente, plasma magnetosferico, e.g. fasci di O + ionosferico, penetra in modo intermittenente attraverso di essa nel vento solare della regione di transizione e ne viene trasportato via.

22 Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La fisica delle magnetosfere Struttura della magnetopausa

23 Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Le cuspidi polari La fisica delle magnetosfere In corrispondenza delle cuspidi, la magnetopausa è incavata verso linterno per la presenza di una regione di plasma del vento solare accumulato nella cosiddetta cuspide esterna, limitata da una discontinuità nel flusso della regione di transizione di natura ancora oggetto di studio. Le cuspidi polari sono due regioni a forma di imbuto che, nel piano meridiano contenente la retta Terra-Sole, separano le linee di forza del settore giorno da quelle del settore notte.

24 Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La fisica delle magnetosfere Sistema di correnti elettriche e linee di forza del campo magnetico alla magnetopausa

25 Laurora vista da terra … … e dallo spazio.

26 Accademia dei Lincei, 10 ottobre E. Amata, IFSI/CNR La riconnessione alla magnetopausa e nel foglio neutro della coda B z < 0 B z > 0

27 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario

28 Densità di alcune specie ionosferiche Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La fisica delle magnetosfere

29 La ionosfera è così detta perché le sue molecole sono ionizzate in misura tale da essere dominata da fenomeni elettromagnetici. Fattori ionizzanti Convezione del plasma con V = E x B Correnti di Hall e Pedersen perpendicolari a B Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario La fisica delle magnetosfere La ionosfera

30 Accademia dei Lincei, 10 ottobre E. Amata, IFSI/CNR in gi Gli ioni non girano intorno a B e seguono E (corrente di Pedersen) in gi Gli ioni subiscono il trascinamento E x B come gli elettroni convezione del plasma in gi Gli ioni non girano intorno a B né riescono a seguire E ma seguono i neutri corrente di Hall fino a che in gi poi convezione en ge Gli elettroni subiscono il trascinamento E x B

31 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Alcuni collegamenti a siti www su argomenti connessi. Da questi siti si può facilmente arrivare a qualunque altro sito che tratti tali argomenti.

32 La fisica delle magnetosfere Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Fine


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