SOLAR PHYSICS

Il corso si propone di fornire allo studente gli elementi di base e lo stato dell’arte di alcuni temi di Fisica Solare: conoscenza dei metodi utilizzati per studiare l'interno e l'atmosfera solare; conoscenza dei meccanismi di interazione tra plasma solare e campi magnetici localizzati; concetto di riconnessione magnetica applicata ai fenomeni transienti che si verificano nell'atmosfera solare; conoscenza dei meccanismi di interazione tra il plasma solare magnetizzato e la magnetosfera terrestre nell'ambito dello Space Weather; conoscenza dei metodi da utilizzare per l’analisi dei dati solari.

 

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): Comprensione critica degli sviluppi più avanzati della Fisica Moderna sia negli aspetti teorici che di laboratorio e delle loro interconnessioni, anche in ambiti interdisciplinari. Adeguata conoscenza degli strumenti matematici e informatici avanzati di uso corrente nei settori della ricerca di base e applicata. Notevole padronanza del metodo scientifico, e comprensione della natura e del procedimento della ricerca in Fisica. Durante il corso lo studente comprenderà i principali concetti alla base dei meccanismi fisici fondamentali che avvengono nel Sole.

 

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): Capacità di identificare gli elementi essenziali di un fenomeno (con riferimento ai fenomeni che avvengono nel Sole), in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute nell'ambito della fisica solare a nuovi problemi (problem solving) e diversi contesti astrofisici. Capacità di utilizzo di strumenti di calcolo matematico analitico e numerico e delle tecnologie informatiche, incluso l’utilizzo e lo sviluppo di programmi software (con particolare riferimento all’analisi di dati solari).

 

Autonomia di giudizio (making judgements): Capacità di argomentare personali interpretazioni di fenomeni fisici, confrontandosi nell’ambito di gruppi di lavoro. Sviluppo del senso di responsabilità attraverso la scelta dei corsi opzionali e dell'argomento della tesi di laurea.

Abilità comunicative (communication skills): Capacità di comunicare in lingua italiana e in lingua inglese nei settori avanzati della Fisica. Capacità di presentare una propria attività di ricerca o di rassegna a un pubblico di specialisti o di profani. Tali abilità saranno sviluppate nell’ambito della comunicazione dei processi che avvengono nel Sole.

 

Capacità di apprendimento (learning skills): Capacità di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo della fisica solare che in campi scientificamente vicini. Capacità di utilizzare banche dati, software dedicati e risorse bibliografiche e scientifiche per estrarne informazioni e spunti atti a meglio inquadrare e sviluppare il proprio lavoro di studio e di ricerca. Capacità di acquisire, attraverso lo studio autonomo, conoscenze in nuovi campi scientifici.

L’insegnamento prevede 35 ore di lezioni frontali erogate in lingua Inglese e 15 ore di esercitazioni. Gli studenti verranno inoltre invitati a seguire un ciclo di seminari (on-line) su argomenti selezionati di Fisica Solare.

Durante le 15 ore di esercitazioni verranno illustrati alcuni software (SolarSoftware e Sunpy) utilizzati dalla comunità scientifica per l'analisi dei dati solari. Sono inoltre previste alcune visite guidate alle infrastrutture osservative dell'INAF - Osservatorio Astrofisico di Catania.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Conoscenze indispensabili: Elettromagnetismo. Leggi di Maxwell. Forza di Lorentz. Reazioni nucleari. Teoria dell'interazione radiazione - materia. Legge di induzione del campo magnetico. Condizione di campo magnetico congelato. Riconnessione magnetica.

 La frequenza al corso è di norma obbligatoria (consultare il Regolamento Didattico del Corso di Studi).

L'interno solare: nucleo, zona radiativa, zona convettiva. Il modello solare standard. Fusione nucleare nel nucleo solare. Misura del flusso di neutrini solari. Eliosismologia. Oscillazioni come strumento diagnostico per studiare la struttura interna e la dinamica del Sole. La rotazione solare interna.

L'atmosfera solare: Fotosfera, cromosfera, regione di transizione, corona. Rotazione differenziale del Sole.

Telescopi, strumenti e tecniche per osservare il Sole: Tecniche di osservazione dei vari strati dell'atmosfera solare. Telescopi solari. Strumenti di piano focale. Polarizzazione della luce. Spettro-polarimetria.

Strutture magnetiche nell'atmosfera solare: Regioni attive, macchie solari, protubenze, loop, buchi coronali. Emersione di flusso magnetico nell'atmosfera solare. Formazione ed evoluzione delle regioni attive.  Il ciclo di 11 anni di attività solare. Il modello dinamo. Riscaldamento cromosferico-coronale. Vento solare.

Eventi eruttivi solari: Flare e eruzioni di filamenti: caratteristiche e modelli osservativi. Espulsioni di massa coronale. Space Weather.

Tecniche e metodi di analisi dei dati solari: Jhelioviewer. SolarSoftware (IDL). Sunpy (Python). Archivi di dati solari. Analisi di immagini e magnetogrammi solari (AIA, HMI). Analisi di dati spettrali (IRIS). YAFTA (Yet Another Feature Tracking Algorithm). Local Correlation Tracking. Estrapolazioni di campo magnetico. Modelli di macchie.

• H. M. Antia, A. Bhatnagar, P Ulmschneider : Lectures on Solar Physics, Springer Verlag, 2003

• M. Aschwanden : Physics of the solar corona: an introduction, Springer, Praxis Pub. Ltd, 2004

• R. J. Bray, L. E. Cram, C. J. Durrant, R. E. Loughhead : Plasma loops in the solar corona, Cambridge University Press, 1991

• K. R. Lang : The Sun from Space, Springer, 2000

• E. Landi Degl'Innocenti : Fisica Solare, Springer Verlag, 2008

• E. R. Priest : Solar magnetohydrodynamics, Reidel Publ. Co., Dordrecht, 1984

• E. Tandberg-Hanssen, A. G. Emslie : The physics of solar flares, Cambridge University Press, 1988

Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:

La verifica dell’apprendimento è affidata ad un esame finale orale. Attraverso domande relative a punti qualificanti delle varie parti del programma si tende ad accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in correlazione le varie parti del programma.

Gli studenti potranno iniziare l’esame con l’esposizione di un argomento a loro scelta, basandosi sui testi consigliati e su eventuali articoli di rassegna consigliati dal docente e/o sulla discussione dei risultati ottenuti in seguito all'applicazione dei software illustrati durante il corso. L’argomento a scelta potrà essere esposto mediante una presentazione ppt, al fine di valutare anche le capacità di esposizione e comunicazione.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Criteri per l’attribuzione del voto finale:

Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati durante il corso e la capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.

Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi.

• Struttura interna del Sole
• Modello Solare Standard
• Eliosismologia come strumento diagnostico per studiare l'interno solare
• Strumenti per l'osservazione solare
• Fenomeni di attività solare e ciclo di 11 anni
• Macchie solari: caratteristiche fisiche e morfologiche
• Flare: caratteristiche fisiche e morfologiche
• Fenomeni eruttivi solari e Space Weather