Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI Sunand Solar Wind

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI "Laboratorio" Attività Prospettive

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI Our Star

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI birth of the solar wind SOHO images in EUV (1.5 ·10 6 K) showing the birth of the solar wind inside a polar coronal hole. The doppler blue-shift indicates an out-flow speed of approximately 8 km/h. artistic view Our attention is turned to the study of the Sun's atmosphere and heliosphere because these uniquely accessible domains of space are excellent laboratories for studying in detail fundamental processes common to astrophysics, solar and plasma physics

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI The solar activity cycle The magnetic flux at the solar surface varies quasi-periodically in the 11-year solar cycle. The structure of the corona has a dramatic change through the activity cycle. This holds for the solar wind too. Magnetic flux X-rays Minimum MaximumMaximum

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI The solar wind pervades the whole interplanetary space (heliosphere). The characteristics of this plasma, like density, temperature, ion composition etc, strongly depend on speed. (McComas et al., 2003) Solar Wind vs. Solar Activity

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Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI SOLEVENTO SOLARE THEMISHELIOS SOHOULYSSES TRACEWIND ACE

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI Principali Collaborazioni Nazionali Osservatori Arcetri Capodimonte Catania Torino Università Roma – Tor Vergata LAquila Calabria

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI Principali Collaborazioni Internazionali MPI – Lindau Univ. Bern Univ. Kiel CESR (Toulouse) SWRI (Texas) NASA – GSFC NASA – JPL

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI kЄkЄ

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI THEMIS Campo di velocità verticale a diverse quote in fotosfera Trasferimento di massa ed energia nei bassi strati dellatmosfera solare Generazione del vento solare

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI Plasma theories study physical phenomena at different levels: Microscopic Time evolution of position and velocity for all particles Kinetic Evolution of f(v) in space and time Fluid Conservation of mass, momentum and energy In the fluid approximation the equivalent of the Navier-Stokes eq. can be written in a compact way (seminal paper by Dobrowolny et al., 1980): non-linear term linear dissipative term Elsässer z + outward =v+v A z - inward =v- v A z =0 solar wind plasma When non-linear terms dominate, energy is transferred from large to small scales along a turbulent cascade.

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI k -1 k -3 k -5/3 fcfc integral scales inertial range (nonlinear energy transfer) dissipation scales Turbulence contributes to solar wind heating and acceleration accelerates particles to high energies affects cosmic ray propagation (Bruno, et al., 1985)

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI radial evolution of z + and z - One of the major topics regards the physical processes governing the radial evolution of z + and z -. This is extremely important to discover the mechanisms acting on turbulent development of interplanetary fluctuations. (Bavassano, et al., 2000) Our observations supported by numerical MHD simulation by our colleagues of Univ. Calabria (Malara et al., 2001) strongly indicate for the first time that parametric decay mechanism is the best candidate to explain the radial behaviour of interplanetary MHD turbulence.

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI The fact that (Energy Transfer Rate) is not scale independent brings up another interesting aspect of turbulence: an intermittent signal alternates strong activity to quiescence Intermittency Based on these observations and using modern techniques relying on the properties of wavelets, we have been able to localize for the first time the nature of events causing intermittency in the solar wind.

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI Local Alfvénic fluctuations local magnetic field average background field direction A simple sketch of interplanetary flux tubes resembling a spaghetti-like structure Some of the intermittent events can be associated with the border (TD) between adjacent flux tubes. Magnetic Field fluctuations in 3D (Bruno et al., 2001, 2003) Turbulence has a spotty distribution Studio di Leonardo da Vinci per eliminare le rapide dallArno

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Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI LIVING WITH A STAR INTERNATIONAL LIVING WITH A STAR

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI SOLEVENTO SOLARE THEMIS,...STEREO (2005) SOLAR-B (2006)SOLAR ORBITER SDO (2008)SOLAR PROBE SOLAR SENTINELS

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI SDO (Solar Dynamics Observatory) Solar Sentinels Solar Probe STEREO

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI The future our expertise allowed us to participate directly to the proposal* for a new mission to the Sun A high-resolution mission to the Sun and inner heliosphere Solar Orbiter * ESA-SCI(2000)6

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI Basic questions Why does the Sun vary and how does the solar dynamo work? What are the fundamental processes at work in the solar atmosphere and heliosphere? What are the links between the magnetic field dominated regime near the Sun and the particle dominated regime in the heliosphere? These questions are basic to astrophysics in general ESA-SCI(2000)6

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI Novel orbital design - closer to the Sun (0.2 AU) -out of the ecliptic (up to 38°) - corotation ESA-SCI(2000)6

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI The inheritance of the Composition and Ion Spectrometry Instrument onboard Cluster IFSI (Formisano et al.) contributed to: Numerical studies Mechanics Electronics on-board software Data reduction

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI A long experience in heliospheric plasma instrumentation The beginning of space activity at IFSI dates back to 1964 when ESA started its own space program in the field of satellites with terrestrial orbit major successes: HEOS 1, HEOS 2 to measure positive ions in the solar wind and to study the solar wind-magnetosphere interaction ISEE 2 to measure the particles energy spectrum of the solar wind, the bow-shock and the magnetosphere GIOTTO to measure the energy spectrum and ion composition of the gas emitted by comet Halley CLUSTER 1 e 2 to measure the energy spectrum and ion composition in the magnetosphere and in the solar wind with 4 satellites When the AO for Solar Orbit will be released by ESA, we will participate to a proposal for an ion spectrometer with our colleagues of Univ. Bern, Univ. Kiel, CESR(Toulouse), SWRI (Texas).

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI Our group has the necessary know-how to design, numerically simulate and experimentally validate our simulation ions (2 KeV) electrons (150 eV) 3-D view through a longitudinal section +30V -200V -150V +150V (DAmicis et al., 2002) (Bruno et al., 2001) (Di Lellis, Baldetti et al.) -200V

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI The scientific and technological return IFSI is the reference point in Italy for data analysis and studies related to the interplanetary medium, from large scale structure to MHD turbulence. IFSI is the only scientific institute in Italy where an electrostatic analyzer for hot and cold space plasma (from few eV up to 50 keV) can be fully designed, numerically simulated and experimentally tested in a vacuum chamber.

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI FINE

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: B. Bavassano - IFSI