SOLAR PHYSICS

Il corso si propone di fornire agli studenti 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: 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 gli studenti comprenderanno i principali concetti alla base dei meccanismi fisici fondamentali che avvengono nel Sole.

 

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: 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: 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: 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: 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.

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

1. 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.

2. L'atmosfera solare: Fotosfera, cromosfera, regione di transizione, corona. 

3. Telescopi, strumenti e tecniche per osservare il Sole: Tecniche di osservazione dei vari strati dell'atmosfera solare. Telescopi solari sulla Terra e nello spazio. Spettroscopia (equazione del transporto, formazione righe spettrali, misura di emission differenziale). Polarizzazione della luce. Spettro-polarimetria. Spettrometri nello spazio.

4. Strutture magnetiche nell'atmosfera solare: Comportamento del campo magnetico in un plasma. Campo potenziale (o current-free) e campo non potenziale (o force-free).  Emersione di flusso magnetico nell'atmosfera solare: macchie solari, pori e regioni attive.  Il ciclo di 11 anni di attività solare. Rotazione differenziale del Sole. Il modello dinamo.

5. Eventi eruttivi solari: Current sheets, riconnessione magnetica e modelli di flares. Espulsioni di massa coronale. Vento solare e teoria di Parker. Riscaldamento cromosferico-coronale. Space Weather.

6. Tecniche e metodi di analisi dei dati solari: JHelioviewer. SolarSoftware (IDL). Sunpy (Python). Archivi di dati solari. Analisi di immagini e magnetogrammi solari (SDO/AIA, SDO/HMI, Solar Orbiter/EUI, Solar Orbiter/PHI). Database atomici. Analisi di dati spettrali (Hinode/EIS, IRIS, Solar Orbiter/SPICE). Analisi della corona solare (SoHO/LASCO, Solar Orbiter/Metis).  Estrapolazioni di campo magnetico (Magnetic Connectivity Tool).

·       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

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

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

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 dai candidati, la loro 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 power point, 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.