OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PALERMO GIUSEPPE S. VAIANA

Rapporto Annuale

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Coronal Mass Ejections

Il gruppo è coinvolto nello studio di materiale espulso a gran velocità dall'atmosfera solare verso lo spazio interplanetario, i cosiddetti Coronal Mass Ejections, (CME). Queste espulsioni rappresentano un fenomeno di grande interesse per la Fisica solare attuale, in quanto sono molto energetici e dinamici, non sono ben conosciuti perchè difficilmente osservabili e, interagendo con la magnetosfera terrestre, hanno effetti diretti sulle attività umane. Molti CME's sono stati osservati con grande livello di dettaglio dal satellite SOHO, che ha permesso di avviare degli studi quantitativi sulle condizioni fisiche del materiale coinvolto e sui meccanismi e le modalità che danno origine a tali fenomeni.
 
 

Figure 53: Immagine composita del Coronal Mass Ejection osservato dal satellite SOHO il 23 Dicembre 1997. L'immagine risulta dalla combinazione di immagini EIT (quella più interna) nel filtro a 195 Å  presa alle 01:34 UT, LASCO C1 Fe XIV 5309 Å alle 01:44 UT, LASCO C2 alle 01:55 UT e mostrano la posizione della fenditura dell'UVCS durante l'osservazione (linee bianche).

Il gruppo partecipa, in collaborazione con il Dr. J. C. Raymond del CfA (Cambridge, USA), a studi di specifici CME's, ed in particolare di uno osservato dagli strumenti EIT e LASCO, ma soprattutto UVCS, a bordo di SOHO il 12 Dicembre 1997, mostrato in Figura 53. Una prima parte dello studio di questo evento ha riguardato l'analisi dei dati, la morfologia, la composizione chimica e la stima di parametri fisici, come la temperatura e velocità, direttamente dai dati stessi.

Una seconda parte, tutt'ora in corso, è dedicata a vincolare le condizioni fisiche del plasma, la sua evoluzione e l'origine del CME tramite modelli. Innanzitutto si stanno determinando la densità e il contenuto di energia del plasma espulso. Ad esempio, risultati preliminari indicano densità tra 10⁶ e 10⁷ cm^-3a una distanza di 1.7 $R_{\odot}$ dal sole. Come altro passo per la comprensione dei meccanismi che originano e governano l'evoluzione di questi eventi il gruppo ha intrapreso il modellaggio idrodinamico di una bolla di plasma espulsa verso l'atmosfera solare esterna.

Ciò viene utilizzato come strumento per l'interpretazione delle osservazioni e per discernere quale delle evidenze osservative sono riconducibii a effetti puramente idrodinamici e quali invece ad altri effetti fisici, quali l'interazione con il campo magnetico solare, che ha certamente un ruolo importante nell'evoluzione dei CME.

Il gruppo ha perciò sviluppato ed eseguito un piano di simulazioni volte ad esplorare le possibili condizioni fisiche del plasma espulso e del mezzo circostante e a studiare gli effetti osservabili. Le simulazioni sono svolte con un codice idrodinamico bidimensionale in geometria cilindrica, sviluppato dal gruppo stesso per svariate applicazioni astrofisiche. Viene calcolata l'evoluzione termica e idrodinamica di una condensazione circolare (quindi sferica in coordinate cilindriche) locale che si forma in basso nell'atmosfera solare e lanciata violentemente verso l'alto. I parametri iniziali del modello sono stati scelti in modo tale da riprodurre in seguito le condizioni riscontrate nelle osservazioni UVCS alla distanza di 1.7$R_{\odot}$ dal sole. La bolla si muove in un'atmosfera di sottofondo in equilibrio idrostatico.

Sono state eseguite simulazioni considerando e non considerando l'effetto della conduzione termica di plasma. Un esempio dell'evoluzione ottenuta è mostrato in Figura 54. Il modellaggio idrodinamico ha fornito risultati incoraggianti: ad esempio si è evidenziato che, affinchè il plasma giunga alle distanze di rivelazione da parte di UVCS nelle condizioni e con le dimensioni osservate, la conduzione termica di plasma deve essere fortemente inibita e che l'idrodinamica del plasma prevede un'espansione della struttura iniziale minore di quella osservata.
 
 

Figure 54: Evoluzione di una bolla di plasma espulsa dalla bassa atmosfera solare verso l'alto con una velocità iniziale di 400 km sec^-1. Le immagini mostrano il contrasto di densità rispetto al mezzo imperturbato ai tempi indicati (in secondi dall'inizio della simulazione). La scala dei grigi è logaritmica. Il campo di velocità ha il fondo scala indicato alla base di ogni immagine.

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