Astrofisica solare

Il corso di Laboratorio di Astrofisica Solare è articolato in una sezione teorica e due pratiche. Durante la prima sezione vengono illustrate le caratteristiche del Sole, dalle reazioni nucleari che avvengono nelle sue regioni centrali, ai meccanismi di trasporto di energia attraverso zona radiativa e convettiva, fino alla descrizione degli strati dell'atmosfera solare. Vengono inoltre fornite alcune informazioni sulla rotazione differenziale del Sole. Particolare rilevanza viene data ai fenomeni magnetici che si verificano nell'atmosfera solare in seguito all'emersione di tubi d flusso magnetico e alla loro interazione con il plasma solare. Vengono poi illustrate le caratteristiche di fenomeni quali le macchie solari, le protuberanze, i brillamenti e i coronal mass ejection (CME). L'impatto che i fenomeni esplosivi che avvengono sul Sole possono avere sull'ambiente circum-terrestre (lo Space Weather) viene inoltre brevemente descritto.

Le due sezioni di laboratorio prevedono lo svolgimento di quattro esperienze e la visita al telescopio solare dell'Osservatorio Astrofisico di Catania. Durante questa visita gli studenti, oltre ad acquisire informazioni sull'apparato strumentale, hanno la possibilità di osservare la fotosfera solare ed eventualmente le macchie presenti in tale strato atmosferico, e la cromosfera. Le quattro esperienze di laboratorio sono così articolate:

1. Misura della velocità angolare del Sole mediante l'analisi del moto delle macchie solari
   In questa esperienza viene richiesto di seguire il percorso delle macchie solari in fotosfera, utilizzando dati acquisiti dal satellite SOHO. Nella figura sottoposta è mostrata un'immagine della superficie solare, la fotosfera, acquisita dallo strumento MDI a bordo di SOHO. Sono evidenti le macchie, strutture più scure presenti in fotosfera. Queste immagini, acquisite su un intervallo temporale di una decina di giorni, vengono fornite agli studenti per determinare la velocità di rotazione del Sole.
2. Determinazione del Numero di Wolf
   Per ottenere una stima dell'attività solare si utilizza il numero di Wolf, un parametro che dipende dal numero e dalla complessità delle regioni attive osservate nella fotosfera solare. Il numero di Wolf R è definito dalla relazione: R = k × (10°G +F)dove: k è un fattore di correzione; G il numero di gruppi di macchie osservati; F il numero di macchie complessive osservate. Utilizzando una serie di immagini della fotosfera solare acquisite in tre diverse serie temporali, relative ad anni diversi, lo studente potrà determinare il numero di Wolf per ogni giorno di osservazione, tenendo conto che nel conteggio dei gruppi, la singola macchia isolata deve essere considerata un gruppo. Le singole macchie isolate, inoltre, benché già contate come gruppo, devono  essere considerate anche agli effetti del conteggio delle macchie complessive. Tale esperienza permette di vedere chiaramente l'evoluzione dell'attività solare in tre diverse fasi del ciclo undecennale di attività solare.
3. Correlazione dell'attività magnetica nelle regioni attive
   In questa attività si richiede di abbinare fra loro immagini del Sole che si riferiscono a diversi strati dell'atmosfera solare. Ciascun set di figure è costituito da immagini acquisite in giorni distinti: lo studente, basandosi su caratteristiche morfologiche comuni, avrà la possibilità di individuare le immagini che  si riferiscono allo stesso giorno.
4. Misura del moto di un Coronal Mass Ejection
   Un Coronal Mass Ejection (CME), o eruzione di massa coronale, si verifica quando una significativa quantità di gas ionizzato (1012 - 1013 kg), in seguito al fenomeno della riconnessione magnetica, sfugge ai campi magnetici del Sole, a qualche decina di migliaia di chilometri al di sopra della  superficie solare, che di solito sono chiusi e hanno la capacità di confinare il plasma solare. Questo gas si disperde poi nel mezzo interplanetario. In questa esperienza viene richiesto di calcolare la velocità e l'accelerazione di un CME basandosi sulla sua posizione in una serie di immagini acquisite dallo strumento LASCO a bordo del satellite SOHO.

Responsabile
Prof.ssa Francesca Zuccarello

Collaboratore
Dott. Salvatore Guglielmino