Tesi di Laurea I livello

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1 UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI CATANIA FACOLTÁ DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE E NATURALI CORSO DI LAUREA IN FISICA Tesi di Laurea I livello A.A. 2007/2008 Candidato: AGATIA LIBERTINO Relatore: Prof. LUCIO PATERNÓ

2 Introduzione O t i d ll ti hità Osservato sin dall antichità Stella medio piccola Composta principalmente da H ed He con tracce di elementi più pesanti Brucia H per produrre He La materia stellare è costituita da plasma a causa delle alte temperature La temperatura superficiale è di 5800 K

3 La struttura interna Nucleo 10% volume (reazioni di fusione) Zona radiativa tra 10% 70% volume Zona convettiva 30% volume Fotosfera (superficie) Macchie solari

4 Natura ciclica dell attività I dati raccolti rappresentano il numero di macchie presenti durante lo scorrere del tempo (intensità ità e durata non regolari) Attraverso lo studio degli anelli di accrescimento degli alberi Attraverso lo studio degli anelli di accrescimento degli alberi secolari, sono stati ricostruiti 7000 anni di attività solare

5 Natura ciclica dell attività Le macchie si formano in posizioni ben definite durante il ciclo di attività (diagramma butterfly)

6 Il campo magnetico: Effetti Il Sole possiede un campo magnetico (poloidale) congelato nel plasma che costituisce la zona convettiva Con la rotazione differenziale le linee di campo si avvolgono aumentandone l intensità Quando il campo ha intensità sufficiente forma le macchie solari

7 Formazione delle macchie Le linee del campo magnetico emergono dalla superficie formando la macchia leader e si immergono formando la macchia follower

8 Altre manifestazioni La chiusura delle linee di campo magnetico uscenti dalla superficie genera le espulsioni di massa coronale o CME Il materiale espulso nello spazio origina i il vento solare Le particelle che raggiungono l atmosfera terrestre formano le aurore nelle regioni polari

9 Il campo magnetico: Modello Per spiegare i fenomeni osservati sono stati ti sviluppati diversi modelli matematici. Il modello attualmente più accreditato è la Dinamo idrodinamica turbolenta Questo modello considera l interazione del moto del plasma con il campo magnetico

10 Schema di funzionamento Il meccanismo della dinamo si basa sulla generazione di campi toroidali partendo dal campo poloidale iniziale, a causa della rotazione differenziale Successiva rigenerazione del capo poloidale iniziale causato dall effetto α dovuto ai moti di rotazione e convezione α Ω B B B t p t

11 Evoluzione del campo A sinistra è raffigurata l evoluzione del campo toroidale A destra è raffigurata l evoluzione del campo poloidale Il campo toroidale durante il ciclo migra verso l equatore Successivamente si formano delle zone che migrano verso i poli causando l inversione del campo

12 Equazione della dinamo Variazione del campo magnetico dovuta ai moti convettivi e alla diffusione B t = ( v B) ( η B) Il primo termine del secondo membro rappresenta il contributo induttivo Il secondo termine rappresenta la diffusione del campo dovuto alla resistenza ohmica L evoluzione del campo è data dalla competizione dei due termini

13 Caratteristiche del problema Il problema è altamente non lineare Non esistono soluzioni analitiche Con l evoluzione dei computer sono state trovate soluzioni numeriche Le simulazioni numeriche hanno evidenziato alcune caratteristiche

14 Superfici di isorotazione L interazione tra rotazione e convezione produce superfici di isorotazione allineate lungo cilindri paralleli agli assi che spiegano la migrazione delle macchie e l inversione del campo ma non è esaustivo

15 Conclusioni Il Sole è stato studiato sin dall antichità Nei secoli sono stati sviluppati modelli per spiegare i fenomeni osservati Il modello che offre una spiegazione migliore del comportamento solare è quello della dinamo idrodinamica turbolenta Alcuni fenomeni come la durata del ciclo e l intensità dei campi magnetici misurati non hanno ancora una spiegazione esaustiva