Lo European Solar telescope (EST): prospettive per una migliore conoscenza delle interazioni plasma - campo magnetico

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1 Lo European Solar telescope (EST): prospettive per una migliore conoscenza delle interazioni plasma - campo magnetico F. Zuccarello 1,2 per il Gruppo EST 1 Dipartimento di Fisica e Astronomia Universitá di Catania 2 INAF XCVII Congresso SIF L Aquila Settembre 2011

2 Outline Contesto scientifico 1 Contesto scientifico Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti 2 ATST: stato del progetto ATST: successi & criticitá 3 EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá 4 Sedi INAF & Universitá 5

3 Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti Motivazioni A quali domande vogliono dare una risposta i fisici solari? Hot topics Con quali modalitá il campo magnetico evolve ed emerge nell atmosfera solare? Quali sono i meccanismi alla base della attivitá ciclica del Sole? Perché il Sole ha una cromosfera ed una corona con temperature superiori agli strati sottostanti? Quali meccanismi provocano gli eventi esplosivi (flare, eruzioni di filamenti, CME)?

4 Implicazioni Contesto scientifico Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti La determinazione delle proprietá del plasma e dei campi magnetici alle scale spaziali caratteristiche dei loro processi di interazione potrebbe indicarci la strada verso nuove, e piú corrette, teorie/interpretazioni La comprensione dei fenomeni solari puó essere importante anche per una corretta interpretazione di ció che accade in altri contesti astrofisici.

5 Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti Strutture ad arco (loop) nel Sole e nei sistemi binari Strutture ad arco nella corona solare Immagine di sistemi di loop nella corona solare osservati da TRACE Sistema binario Algol Schematizzazione di una struttura ad arco la cui presenza é stata dedotta da osservazioni nel radio

6 Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti Riconnessione magnetica in un disco di accrescimento Schema della formazione di una arcata magnetica in un disco di accrescimento attorno ad un buco nero (panel a) e della espulsione del flux rope e del flare associato (panel b). In seguito ai moti dei footpoint dell arcata si verifica l eruzione del flux rope, con conseguente formazione di un current sheet e processo di riconnessione magnetica (Yuan et al. 2009)

7 Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti E poi ancora... I processi dinamo nei pianeti, nelle stelle, nelle galassie I flare stellari La teoria della convezione turbolenta La variazione della velocitá radiale e l individuazione degli esopianeti La fisica delle particelle Lo Space Weather

8 Nonsolofisicasolare Contesto scientifico Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti Come dare una risposta? Mediante dati spettropolarimetrici caratterizzati da alta risoluzione spaziale, temporale e spettrale poiché: I processi fisici alla base di questi fenomeni sono dovuti alla interazione di campi magnetici con il plasma e spesso avvengono su scale non osservabili con gli attuali telescopi Left: 1 raw image; tint = 10 ms AO corrected; Right: Corrected image MOMFDB correction using 100 raw images

9 Quale risoluzione? Contesto scientifico Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti

10 Quale risoluzione? Contesto scientifico Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti

11 Telescopi solari esistenti Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti

12 Telescopi solari esistenti Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti

13 Aperture sizes Contesto scientifico Domande & implicazioni I telescopi solari esistenti DOT 0.45 m EST & ATST 4 m VTT 0.70 m THÉMIS 0.90 m SST 0.98 m GREGOR 1.5 m McMath 1.6 m DST 0.75 m Big Bear 0.60 m NST 1.6 m

14 ATST: stato del progetto ATST: successi & criticitá, the Advanced Technology Solar Telescope

15 ATST: stato del progetto ATST: successi & criticitá ATST: Advanced Technology Solar Telescope

16 ATST: Successi e criticitá ATST: stato del progetto ATST: successi & criticitá

17 EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá In Europa Nel documento A Science Vision for European Astronomy é stato identificato il seguente obiettivo: Si raccomanda la costruzione di un telescopio solare di grande apertura (3-5 m) per osservare i processi astrofisici alle loro scale intrinseche studiare l interazione dei campi magnetici con il plasma presente nella atmosfera solare. Roadmap di ASTRONET Nella Roadmap di ASTRONET per i Ground-Based projects EST ha, dopo E-ELT e SKA, la massima prioritá tra gli Oustanding Projects e massima prioritá fra le medium-sized facilities.

18 EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá In Europa: EAST E stata fondata una associazione (primo step verso una struttura europea per la fisica solare): EAST (European Association for Solar Telescopes) per promuovere lo sviluppo di un telescopio solare della classe dei 4 m per mantenere l Europa alla frontiera della Fisica Solare nel mondo. Paesi rappresentati in EAST

19 Paesi rappresentati in EAST EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá

20 Il finanziamento della EC EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá SEVENTH FRAMEWORK PROGRAMME Capacities Specific Programme Research Infrastructures Progetto EST Telescopio per osservazioni della fotosfera e cromosfera solare caratterizzato da alta risoluzione spaziale e temporale, con capacitá spettropolarimetriche in grado di osservare dal visibile al vicino infrarosso Il Budget Budget totale: 6.7 MEuro Finanziamento EC: 3.2 MEuro

21 EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá Paesi rappresentati in EAST Paesi partecipanti alla fase di Design Study Durata del Progetto: 01 Feb Lug 2011 PI M. Collados (IAC)

22 EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá Gli obiettivi della Design Phase Definire i requisiti scientifici Fornire il disegno ottico del telescopio Disegnare un sistema di MCAO capace di fornire immagini al limite di diffrazione Disegnare la struttura del telescopio Fornire un progetto di cupola che minimizzi gli effetti della turbolenza e tenga conto dei venti Disegnare un set di strumenti in accordo con i requisiti scientifici Progettare un sistema di acquisizione dei dati e di controllo del sistema efficiente

23 I Work Packages Contesto scientifico EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá WP Work package title Lead Participant Project Coordination and management Person Months IAC Science Requirements IAC Systems Engineering IAC Optical Design THEMIS Optomechanics KIS MCAO KIS Instruments IAC Site characterisation IAC Building and dome UU Data acquisition and control INAF Financial Feasibility and Socioeconomic impact IAC 3 TOTAL 776.5

24 EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá

25 EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá Design Baseline Diametro del primario: 4-metri Configurazione Gregoriana in-asse Montatura Alto-Azimutale MCAO integrata nel percorso ottico Strumenti per osservazione simultanea (ciascuno con diversi canali di lunghezza d onda) Il sito: Isole Canarie

26 Strumentazione di piano focale. EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá Strumenti Broad-band imager Narrow-band tunable filter spectropolarimeter Grating spectropolarimeter Numero di canali per ogni strumento Broad-band imager: 3 (goal 5) Visible narrow-band filter (λ < 1100 nm): up to 3 NIR narrow-band filter (λ > 700 nm): up to 2 Visible spectrograph (λ < 1100 nm): up to 5 NIR spectrograph (λ > 700 nm): up to 3

27 Disposizione degli strumenti EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá Beam from telescope BB3 Hα CaII IR BLUE RED D NB3 D2 ( nm) GREEN-RED /75 NB1 ( nm) BB2 CaII wing VIS BB1 CaII core D1 NIR Upper floor NBNIR 1 ( nm) NB2 ( nm) D4 NBNIR nm) Lower floor SPvis SPNIR

28 The retractable enclosure EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá

29 Budget stimato Contesto scientifico EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá

30 EST: Successi e criticitá EAST e il finanziamento EST: lo stato del progetto EST: successi & criticitá

31 La partecipazione italiana Sedi INAF & Universitá

32 Sedi INAF & Universitá La partecipazione italiana: Strutture INAF coinvolte Istituto Nome sub-wp INAF OAA Cauzzi G. 7200, Cavallini F Esposito S OACt Bonanno G Romano P , Scuderi S Spadaro D OAR Ermolli I. 7100, Giorgi F Vitali F OATs Coretti Cirami Di Marcantonio Santin Pucillo M IFSI Consolini G TNG Cosentino R Cecconi M. 7100

33 Universitá coinvolte Contesto scientifico Sedi INAF & Universitá Istituto Nome sub-wp-- Università UniCal Carbone V Vecchio A Sorriso-Valvo L UniCt Zuccarello F. 7100, UniFi Landi E UniL Aq Giammaria F Pietropaolo E ToV Berrilli F. 5300, 7400 Cocciolo M. 5300, 7400 Del Moro D Egidi A. 5300, 7400 Piazzesi R. 6400

34 Telescopi solari di grande apertura: principali criticitá Come per tutta la ricerca scientifica e tecnologica, anche in questo campo il difficile momento economico puó avere ripercussioni sui finanziamenti. E richiesto ai ricercatori solari europei il passaggio dai grandi strumenti nazionali a strumenti europei - passaggio simile a quello iniziato dai colleghi notturni negli anni 60 con ESO. EST: il contratto EU-FP7 termina nel luglio Devono essere definiti i nuovi canali di finanziamento. ATST: al momento non é concordato alcun ruolo della comunitá nazionale e non ci sono finanziamenti.

35 Telescopi solari di grande apertura: principali successi I due progetti EST e ATST sono promossi dalle comunitá americane ed europee nell ambito di uno spirito di grande collaborazione scientifica e tecnologica con possibile scambio di know-how. La possibilitá di avere due grandi telescopi in diverse longitudini garantisce lo studio della dinamica delle strutture solari su estesi intervalli temporali. ATST é al momento finanziato da NSF. I telescopi da terra permettono lo studio di strati dell atmosfera solare a risoluzioni spaziali, temporali e spettropolarimetriche non ottenibili dallo spazio, se non a costi proibitivi per la fisica solare.

36 Telescopi solari di grande apertura: principali successi Undici gruppi di ricerca, INAF e universitari, con oltre 30 ricercatori coinvolti collaborano con i maggiori team europei e con diverse industrie sul progetto EST con ruoli di leadership in diversi WP e swp. La Design Phase di EST é stata finanziata dalla EC (29 partner: 14 Istituti scientifici, 15 industrie): 3.2 Meuro. In Italia, Euro per Tor Vergata; Euro per INAF; Euro per SRS (terzo paese, dopo Spagna e Germania) Esiste un fortissimo overlap tra i team coinvolti in EST ed i gruppi coinvolti nei maggiori progetti spaziali legati al sole ESA e NASA ( Solar Orbiter, Solar Probe e le proposte SolmeX, HiRISE, SAFARI).

37 Lo stato attuale: Proposal per I3

38 In futuro... Contesto scientifico

39 Credits Contesto scientifico Si rigraziano per i loro contributi: Berrilli F. Cavallini F. Cauzzi G. Di Marcantonio P. Ermolli I. Romano P. Scuderi S.