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
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
La struttura interna Nucleo 10% volume (reazioni di fusione) Zona radiativa tra 10% 70% volume Zona convettiva 30% volume Fotosfera (superficie) Macchie solari
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
Natura ciclica dell attività Le macchie si formano in posizioni ben definite durante il ciclo di attività (diagramma butterfly)
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
Formazione delle macchie Le linee del campo magnetico emergono dalla superficie formando la macchia leader e si immergono formando la macchia follower
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
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
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
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
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
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
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
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