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 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 lo sviluppo di programmi software.

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 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 verrà svolto mediante lezioni frontali. Gli studenti verranno inoltre invitati a seguire un ciclo di seminari (on-line) su argomenti selezionati di Fisica Solare.

Verranno svolti anche alcuni esercizi pratici finalizzati all'apprendimento di alcune tecniche utilizzate in Fisica Solare, nonché alcune visite guidate alle infrastrutture osservative dell'INAF - Osservatorio Astrofisico di Catania.

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 delle lezioni è di norma obbligatoria.

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. Spettrografi. Filtri. Polarizzazione della luce. Spectro-polarimetria. Metodi di riduzione.

Strutture magnetiche nell'atmosfera solare: Regioni attive, macchie solari, facole, protubenze, loop. buchi coronali. Emersione di flusso magnetico nell'atmosfera solare. Formazione ed evoluzione delle regioni attive. Macchie solari: caratteristiche fisiche e morfologiche. 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.

• 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 system magnetic fields, Reidel Publ. Co., Dordrecht, 1985

• 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. L’argomento a scelta potrà essere esposto mediante una presentazione ppt, al fine di valutare anche le capacità di esposizione e comunicazione.

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.

• 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