Cosa sono i flare solari

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1 Cosa sono i flare solari Catania, 29 Ottobre 2016

2 La Struttura del Sole q Nucleo Regione in cui viene prodotta l energia. La fusione nucleare trasforma ad ogni secondo circa 700 milioni di tonnellate di idrogeno in elio q Zona Radiativa Regione in cui l energia viene trasportata per radiazione Sebbene i fotoni prodotti viaggino alla velocità della luce, vengono deviati così tante volte dal denso materiale che impiegano milioni di anni per raggiungere la superficie q Zona Convettiva L energia viene trasportata per convezione, come in una pentola d acqua che bolle, in superficie Catania, 29 Ottobre 2016

3 La fotosfera solare Granulazione WL flares sunspots Catania, 29 Ottobre 2016

4 Le Macchie Solari Il numero varia con il ciclo solare di 11 anni Magnetogramma del Sole: le aree chiare e quelle scure indicano la presenza di intensi campi magnetici di polarità opposta Catania, 29 Ottobre 2016 Immagine dettagliata di macchie solari

5 Le Protuberanze La cromosfera solare Formate da plasma denso e più freddo del materiale cromosferico, appaiono sul disco come scuri filamenti. Sul bordo appaiono come g e t t i d i p l a s m a incandescente. Catania, 29 Ottobre 2016

6 Protuberanze Eruttive Un CME a lampadina: il Sole ha una grande idea! Catania, 29 Ottobre 2016

7 Catania, 29 Ottobre 2016

8 La corona solare Immagine della corona solare ottenuta durante una eclissi totale di Sole (Agosto 1999) Immagine della corona solare ottenuta dallo spazio (YOHKOH) Catania, 29 Ottobre 2016

9 Regione attiva osservata nei diversi livelli dell atmosfera solare Catania, 29 Ottobre 2016

10 Cosa è un flare? Improvviso rilascio di energia (fino a erg) Il rilascio energetico copre l intero spettro EM Durata media 1 ora Accelerazione di particelle Onde d urto Moti d insieme del plasma (plasma jet) Riscaldamento del plasma Flare osservato a 195Å

11 Flare solari I flare solari e i CME sono le esplosioni più violente che si verificano nel sistema solare Malgrado i notevoli passi avanti compiuti negli ultimi decenni nella loro comprensione, esistono ancora numerosi interrogativi La radiazione e le particelle emesse durante i flare possono interagire con la ionosfera e la magnetosfera terrestre I flare rappresentano un ottimo banco di prova per capire i (numerosi) processi fisici coinvolti nel fenomeno della riconnessione magnetica

12 I flare solari sono improvvise (t iniz ~ 1-2 minuti), localizzate (l ~ m), emissioni di energia (da erg nei nanoflare a erg nei grandi two ribbon flare) durante i quali l energia magnetica viene convertita in: radiazione emessa sull intero spettro elettromagnetico, riscaldamento, accelerazione di particelle moti di plasma. FLARE SOLARI

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14 Classificazione dei flare Compact o simple-loop flare, caratterizzati da L ~ m, n e ~ m -3 E tot ~ erg. Generalmente avvengono in loop singoli la cui forma e dimensione non cambia in modo significativo durante il flare e non presentano emissione di particelle. T w o r i b b o n f l a r e : avvengono in arcate e mostrano due aree di emissione su entrambi i lati della linea di inversione magnetica (PIL). I nastri si Magnetic inversion line ribbons kernels

15 Simple-loop flare La sorgente di raggi HXR all apice (loop-top) del loop indica che il rilascio di energia avviene nella parte sommitale del loop.

16 Two ribbon flare Storicamente, questi eventi furono dapprima osservati nella riga Hα Furono quindi classificati come chromospheric events Due nastri brillanti e paralleli ( r i b b o n ) v e n g o n o improvvisamente osservati nella riga Hα I ribbon si allontanano l uno dall altro al passare del tempo

17 TRACE images at different λ a) WL 10:28:11 U.T. b) 1600 Å 10:48:24 U.T. c) 195 Å 10:48:38 U.T. d) 171 Å 10:48:32 U.T.

18 Sunquake after a flare Sequence of velocity images obtained by SOHO/MDI, showing the expanding solar quake associated with a large X-class flare

19 Effetti sulla terra Aurore Tempeste radio che interferiscono con le comunicazioni Sovratensione di trasformatori

20 L Evento del 14 Luglio 2000 Osservato sul Disco Solare da EIT Catania, 29 Ottobre 2016

21 L Evento del 14 Luglio 2000 Effetti nella Corona Solare Catania, 29 Ottobre 2016

22 L Evento del 14 Luglio 2000 Effetti sulla Terra Catania, 29 Ottobre 2016

23 Il Più Grande Gruppo di Macchie Solari negli Ultimi 20 Anni q AR 9393 ha sviluppato una configurazione magnetica complessa mentre si avvicinava al centro del disco solare q Ha prodotto un brillamento X ed un CME il 29 Marzo 2001, causa di una fortissima tempesta geomagnetica sulla Terra q Aurora osservabile in Europa meridionale ALASKA (Zimmerman) 31-gen Catania, 29 Ottobre 2016 Nice (Benvenuto)

24 L Aurora Polare Catania, 29 Ottobre 2016

25 Il Più Intenso Brillamento Mai Osservato q Alle 21:51 TU di Lunedì 2 Aprile 2001, la regione attiva 9393 ha prodotto un brillamento solare classificato come almeno X20. Sembra essere il più intenso mai registrato, probabilmente molto più di quello del 16 Agosto 1989 e certamente più potente del famoso brillamento del 6 Marzo 1989, associato all interruzione della distribuzione di energia elettrica in Canada. 31-gen Catania, 29 Ottobre 2016

26 La Connessione Sole-Terra q Come e perchè il Sole varia? q Qual è la risposta della Terra? q Qual è l impatto sull uomo? 31-gen Catania, 29 Ottobre 2016

27 Che Cos è la Meteorologia Spaziale? La Meteorologia Spaziale (SPACE WEATHER) si riferisce alle condizioni sul Sole, nel Vento Solare, nella Magnetosfera, Ionosfera e Termosfera della Terra, che possono influire sulle prestazioni e l affidabilità di sistemi tecnologici spaziali e terrestri ed avere effetti sulla vita e la salute dell uomo. Effetti di Space Weather su impianti terrestri non sono un fenomeno nuovo 17 Novembre 1848: Interruzione della connessione telegrafica tra Pisa e Firenze Settembre 1851: Interruzione della connessione telegrafica in New England In un altro evento correnti indotte hanno consentito trasmissioni telegrafiche senza l uso di batterie. La trascrizione del collegamento tra Portland e Boston (1859) riporta: Portland: Per favore staccate la batteria, vediamo se si può lavorare con il solo aurorale Boston: L ho già fatto! Come ricevete la mia Catania, 29 Ottobre trasmissione? 2016 Portland: Veramente molto bene molto impiego della corrente

28 Effetti delle Tempeste Solari RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA ARRIVO: IMMEDIATO DURATA: 1-2 ORE PARTICELLE AD ALTA ENERGIA ARRIVO: 15 MIN - ORE DURATA: GIORNI PARTICELLE AD ENERGIA MEDIO-BASSA ARRIVO: 2-4 GIORNI DURATA: GIORNI RAGGI X, EUV, ATTIVITA RADIO EVENTI A PROTONI TEMPESTE GEOMAGNETICHE INTERFERENZE SATCOM INTERFERENZE RADAR FADING AD ONDE CORTE DISORIENTAMENTO SATELLITE LETTURE FALSE DAI SENSORI DANNI AL VEICOLO SPAZIALE FALLIMENTO LANCIO PAYLOAD RADIAZIONE AEREI IN ALTA QUOTA FADING AD ONDE CORTE CARICA E ATTRITO AI SATELLITI ERRORI DI INSEGUIMENTO ERRORI TRAIETTORIA DI LANCIO INTERFERENZE AI RADAR ANOMALIE PROPAGAZIONE RADIO BLACKOUT ENERGIA ELETTRICA Origine: Brillamenti CME/Brillamenti CME/Buchi Coronali Catania, 29 Ottobre 2016

29 Sistemi di Navigazione (GPS, LORAN C) Quando la ionosfera tra satelliti ed utente diviene turbulenta ed irregolare, il segnale può scintillare e divenire difficile da rilevare Perdita di aggancio del segnale su uno o più satelliti Il Contenuto Totale di Elettroni (TEC) lungo il percorso di una segnale GPS può introdurre un errore di posizione ( fino a 100 m) Gli effetti sul GPS sono uno degli effetti più significativi dello Space Weather se si considera il crescente affidamento a questo sistema previsto per il futuro. Catania, 29 Ottobre 2016 Una variazione di altezza di 7-10 km della bassa ionosfera può causare errori di posizione di 1-12 km

30 Danneggiamento di Satelliti Per Effetti di Space Weather q Anomalie dovute a carica superficiale ed interna (Marecs, ECS, Meteosat, TELE-X,..) q Problemi / Degradazione nei Pannelli Solari (Tempo, PanAm, ECS,.) Guasti a satelliti: q Telestar 401 (11 Gen 1997) Ø Collegamenti TV ecc.. q Galaxy IV (1998) Ø 80% dei cercapersone in Nord America ridotti al silenzio DISORIENTAMENTO SATELLITARE FLUSSO DI PARTICELLE (PROTONI) FALSA STELLA? Più di 12 satelliti perduti a causa di effetti dovuti allo Space Weather I danni spaziali degli ultimi 4 anni ammontano probabilmente a più di 1000 miliardi di lire (500 M ) Gli interessi commerciali spesso non consentono la divulgazione di tali anomalie. La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

31 Correnti Geomagnetiche Indotte q Queste correnti vengono indotte in tutti i conduttori molto lunghi: Ø Reti di distribuzione elettrica, Ø Oleodotti e gasdotti (aumentata corrosione) q I segnali ferroviari luminosi possono esserne interessati (due casi documentati in Svezia) La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

32 Danneggiamento di Trasformatori Danneggiamento di un trasformatore di una centrale del Delaware (New Jersey, USA) nel mese di Marzo del Costo: 22 miliardi di lire ( 11 M ) La riparazione può richiedere fino ad 1 anno di tempo. In questo caso specifico la fortuna ha consentito di trovare un unità usata da una centrale dismessa. Il danno è stato riparato in 6 settimane. Svezia: simultanea caduta di tensione in 6 linee di distribuzione a 130 kv Chicago: malfunzionamenti a 5 trasformatori a causa dell elevata attività geomagnetica nel mese di Aprile del 1994 La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

33 Rischi per l Uomo dalle Particelle ad Alta Energia q Uomini nello spazio Ø Space Shuttle, International Space Station, missioni verso Marte q Equipaggio/Passeggeri nei jet ad alta quota Ø Il Concorde era dotato di rivelatori di radiazioni Ø I passeggeri possono ricevere dosi di radiazioni equivalenti a parecchie radiografie al torace. La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

34 Space Weather: Perchè preoccuparci? Siamo sopravvissuti all ultimo massimo! q q q q La nostra società dipende oggi dalla tecnologia molto di più che in passato Il settore di mercato delle comunicazioni in più rapida crescita è quello basato sui satelliti Ø Trasmissioni TV/Radio, Ø Servizio telefonico a lunga distanza, Telefoni cellulari, Cercapersone Ø Internet, transazioni finanziarie Cambiamento della tecnologia Ø Carichi commerciali più sensibili Ø Componenti ad elevate prestazioni Ø Peso e costo ridotti Uomini nello Spazio Ø Più missioni umane e di lunga durata Gli avvisi dello Space Weather saranno molto importanti in futuro per la nostra società. La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

35 La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

36 Cicli Solari e Variazioni Climatiche 11 anni: Ciclo delle macchie (Schwabe) 22 anni: Ciclo Magnetico (Hale) anni: Gleissberg anni: Seuss La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

37 Il Sole ed il Riscaldamento Globale q Variazione a lungo termine della radianza totale ( energia totale ) Ø Si assume che giustifichi solo in parte il riscaldamento globale q Variazione a lungo termine della radiazione UV/EUV: Ø Cambiamenti della chimica (ozono), temperatura ecc. nell atmosfera terrestre. Potrebbe determinare variazioni climatiche. q Variazione a lungo termine del campo magnetico del Sole Ø Modula i Raggi Cosmici ed il Vento Solare La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

38 I Raggi Cosmici e le Nuvole q Variazioni dell attività solare e del campo magnetico solare modificano la quantità di particelle cosmiche, che penetrano nel Sistema Solare (e nell atmosfera della Terra). Ø E stata trovata una forte correlazione fra il flusso di raggi cosmici e le nuvole basse Ø La copertura nuvolosa globale è un importante fattore per la determinazione del clima La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

39 Il riscaldamento della Corona Solare q M e n t r e l a temperatura della fotosfera è di circa 6000 K, in corona si raggiungono i 2 milioni di gradi. q La causa di questo rapido aumento di temperatura è ancora oggi un tema di ricerca della Fisica Solare. Corona o C o C Solar interior Surface The black circle divides two images. La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

40 Attività Solare Kitt Yohkoh Peak magnetograms Soft X-ray La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

41 Dal Minimo al Massimo dell Attività Solare La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

42 Il ciclo di attività solare La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

43 L attività solare nell ultimo millennio La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

44 Il Ciclo di Attività Solare Maunder minimum La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

45 La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

46 La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

47 Variazioni della temperatura media globale negli ultimi mille anni : correlazione con l attività solare Tre indici indipendenti confermano l esistenza di variazioni nell attività solare su lunghi intervalli di tempo : numero annuale di macchie misure di carbonio 14 negli anelli degli alberi numero di aurore nell emisfero nord Catania, 29 Ottobre 2016

48 Cicli Solari e Variazioni Climatiche 11 anni: Ciclo delle macchie (Schwabe) 22 anni: Ciclo Magnetico (Hale) anni: Gleissberg anni: Seuss Catania, 29 Ottobre 2016

49 Catania, 29 Ottobre 2016

50 Metodo basato sul 10 Be v Il 10 Be viene prodotto dall interazione fra neutroni energetici (raggi cosmici) e molecole dell aria v depositato nei ghiacci polari (Groenlandia ed Antartide) da precipitazioni nevose v immune da contaminazione industriale (al contrario del radiocarbonio) Catania, 29 Ottobre 2016

51 Variazioni climatiche su periodi dell ordine dei milioni e miliardi di anni Ø Durante l ultimo milione di anni, periodo chiamato Quaternario, il clima terrestre è stato dominato da ere glaciali, intervallate ogni 100 mila anni da brevi (10 30 mila anni) ere interglaciali : epoca attuale Oligocene Ø Queste alternanze di periodi glaciali ed interglaciali sembra siano dovute ai diversi moti della Terra, che alterano periodicamente la quantità e la distribuzione di radiazione solare Ø Quando una quantità minore di luce solare arriva sulla Terra, le temperature si mantengono entro limiti più ristretti : meno ghiacciai si sciolgono in estate Catania, 29 Ottobre 2016

52 Catania, 29 Ottobre 2016 I moti della Terra e l irraggiamento solare 3 cicli astronomici si combinano alterando gli angoli e la distanza di incidenza della radiazione solare su tempi scala di alcune decine di migliaia di anni : variazioni nella eccentricità dell orbita (variazione della distanza Sole Terra) ( anni) moto di precessione (23000 anni) variazione dell angolo fra asse di rotazione e asse dell eclittica (41000 anni)

53 Catania, 29 Ottobre 2016

54 Catania, 29 Ottobre 2016

55 Catania, 29 Ottobre 2016

56 Terre emerse del continente italiano durante l ultima glaciazione Catania, 29 Ottobre 2016

57 Mammut ed elefanti nani A sinistra vediamo la ricostruzione di Elephas Primigenius (Mammut); era alto dai 3 ai 4 metri e si era adattato ai climi freddi europei delle glaciazioni pleistoceniche. Scomparve durante l ultima glaciazione, durante la quale si era spinto fino in Italia. A destra vediamo scheletri fossili di elefanti nani vissuti nelle isole del Mediterraneo nel Pleistocene. Catania, 29 Ottobre 2016

58 Il futuro: EST Catania, 29 Ottobre 2016