Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario
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Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario. Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica. SFSI Fisica del Plasma nel Sistema Solare

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Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica

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Presentation Transcript


Istituto di astrofisica spaziale e fisica cosmica

Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica

SFSI

Fisica del Plasma nel Sistema Solare

I plasmi astrofisici nel laboratorio naturale del Sistema Solare; l’unico vento stellare che possiamo osservare direttamente in situ, e dettagliatamente nei suoi effetti sui pianeti

Corona solare

  • Sole-Vento solare-Eliosfera

Relazioni Sole-Altri Pianeti

  • L’interazione Sole-Altri Pianeti

Relazioni Sole-Terra

  • L’interazione Sole-Terra

  • L’interazione Magnetosfera-Ionosfera

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


Istituto di astrofisica spaziale e fisica cosmica

Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica

Sun and solar atmosphere

NASA TRACE

The Sun is the driver

Coronal loop; the picture shows the features of the Sun’s magnetic fields

The magnetic field may convert energy through reconnection of adjacent loops

Energisation of the plasma may result through several mechanisms of transport to higher altitudes

ESA SOHO

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


Istituto di astrofisica spaziale e fisica cosmica

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Cosmic rays in the heliosphere

  • Heliosphere: the region of space where the solar wind dominates over the interstellar gas

  • Cosmic Rays are modulated by the geometry of this region and their detection is affected (at Earth or in the space around Earth)

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


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Solar wind

The solar wind transfers mass, momentum and energy to the Earth system. It may be observed al L1 by monitoring spacecraft, tens of minutes before it reaches the magnetosphere boundary

The parameters of the incoming solar wind determine the strenght of coupling with the magnetosphere (mainly Bz, and nv, the plasma dynamic pressure).

When Bz is south, coupling between the solar wind and the magnetosphere is favoured.

Mag field (B,Bz)

Azimuth

Density (n)

Velocity (v)

Temperature

NASA ACE

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


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Magnetosphere

The magnetosphere responds to the inputs

Electric current systems develop :

Tail

Field aligned

Polar Ionospheric

Ring

Chapman-Ferraro

These change in time, driven by the varying solar wind input

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003

Roma, 5-6 novembre 2003


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Ionosphere

Effects in the human environment follow

Theta aurora over Antarctica

Auroras form on magnetised planets with an atmosphere in a stellar wind

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


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SPACE WEATHER

…to observe, study and forecast the effects of solar phenomena which…. ..may endanger life in space and performance of space and terrestrial systems…

..NASA “Living with a star”and the “space weather” initiative of ESA.

… is a part of solar terrestrial and space physics.

Intense flux of high energy electrons damages commercial satellites at synchronous orbit

Strong magnetic field variations couple inductively to long power lines and generate intense electric currents. Damage to system determines black-outs

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


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From “The Sun to the Earth-and beyond” a Decadal Research Strategy in Solar and Space Physics” (US National Research Council, 2003)

  • Important answers have been given through the accomplishments of the last decades about “the physics of the Sun, the interplanetary medium and the space environments of the Earth and other solar system bodies”.

  • Five challenges remain to be answered for the next dacade (2003-2013), due to lack of observations in key regions and limited capabilities and infrastructures.

  • The structure and dynamics of the Sun interior (generation of mag. fields, origin of solar cycle, causes of solar activity, structure and dynamics of corona)

  • Heliospheric structure (distribution of mag. fields and matter, interaction of solar atmosphere with local interstellar medium)

  • Space environment of Earth and other solar system bodies and dynamical response to external influences.

  • Basic physical principles in processes observed in solar and space plasmas.

  • Develop near-real-time predictive capability for understanding and quantifying impact on human activities (space weather).

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


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Solar Terrestrial Plasma Physics at IFSI

  • Solar wind processes such as energy transport and plasma waves

  • Cosmic Rays interaction with heliospheric structures

  • MHD turbulence and coherent structures in the Solar Wind

  • Study of magnetopause microprocesses such as plasma transport and reconnection

  • Cusp and high latitude boundaries of the magnetosphere

  • Polar ionosphere phenomena such as plasma convection and field aligned currents

  • Space weather

  • Cosmic rays interactions with neutral atmosphere

  • Electrodynamic interactions for conductive tethers in orbit

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


Ruoli nei progetti europei ed internazionali di space weather

Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario

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Ruoli nei Progetti Europei ed Internazionali di Space Weather

ESA Space Weather Working Team

OA Turin

OA Trieste

ESA Space Weather Pilot Projects

Uni Turin

IROE/CNR Florence

Programmi approvati : E. Amata GIFINT

Iniziative Europee

di Space Weather

Uni L’Aquila

Uni Rome

OA Rome

IFSI/CNR Rome

INGV Rome

ESF COST Action 724 on Space Weather

OA Naples

Rappresentante nazionale : M. Candidi

Uni Naples

EU-Solar Terrestrial and Atmospheric Res.

E-STAR

OA Catania

Proponente : E. Amata

Uni Catania

Iniziativa Nazionale

di Space Weather

EU Research and Training Network

Responsabile : G. Consolini

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


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ILWS

NASA/ESA/RASA/JAEA/CSA

WG’s

Solar Terrestrial Physics and Space Weather: International Committes

ESA

Space Weather pilot projects (16)

Ionosphere

Thermosphere

Ground Based Obs.

Magnetosphere

GIFINT

IFSI/INGV/RAL/Obs.Athens

E. Amata

Others

Others

SCOSTEP (ICSU) WG’s

Bureau member

M. Candidi

EU COST Action 724 WG’s

National rep.

Solar

Influenceon Climate

Space Climatology

Space Weather

Atmospheric

Coupling

Space Weather Observations and Services

M. Candidi

Solar Wind Disturbances at Earth

Solar Activity

M. Messerotti

Radiation Environment

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


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What are we doing about it?

  • Space missions:

    • Ulysses

    • Cluster

    • Double Star

  • Ground based instruments

    • All-sky cameras

    • SuperDARN radars

    • Cosmic ray detectors

  • Theory

Tutti saranno descritti nelle seguenti presentazioni, salvo alcuni aspetti che darò subito, per alcune cose che non saranno dettagliate dopo

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


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Cosmic rays in the heliosphere

  • Prompt data for Space Weather

  • Revised data for Space Climatology

  • Data files in the international formats for the World-Wide Network of detectors

  • High-speed solar wind streams identification

  • Cosmic ray induced effects in the terrestrial environment (air mass, atmospheric temperature, electric fields, geomagnetic and latitude dependences, north-south differences, secular variations, jerks, geomagnetic anomalies, …)

  • Study of solar and galactic cosmic rays and their relation with modulation phenomena (short-, medium- and long-term basis)

Ulteriori dettagli nella presentazione della stazione SVIRCO e delle stazioni LARC, ESO, OLC

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


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IFSI all-sky cameras: Arctic and Antarctic

Baia Terra Nova, March 22nd, 2001,

13:40 GUT (=428nm)

Ny Alesund

Zackenberg

Northern hemisphere polar sites equipped with all-sky cameras by IFSI/CNR (NyAlesund, Svalbard; Zackenberg, Greenland). Longitudinal array, MIRACLE

Italian antarctic instrumentation sites:

Baia Terra Nova

Dome-C

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


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Active experiments

Operational criterion for long term tether stability

Tether should operate for 3 months with angular oscillations, both in plane and out of plane not overtaking 20 degrees

I0 < 0.94 amperes

Bare tether : in plane oscillations

STAIF 2002 Albuquerque NM February 3-7 2002

Relatore: M. Candidi

Roma, 5-6 novembre 2003


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Solar wind andMagnetosphere

CLUSTER

Double Star

Relatore: M. Candidi

Roma, 15-16 dicembre 2003


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Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica

Remote sensing of the motion of ionospheric irregularities; Doppler shift of radar signal with pairs of crossed ground based radars.

SuperDARN radars

Relatore: M. Candidi

Roma, 5-6 novembre 2003


Istituto di astrofisica spaziale e fisica cosmica

Figure 3. Maps of the Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN) arrays over the northern (left) and southern (right) polar regions. The Antarctic map shows 6 existing (yellow) and 5 planned (light brown) radars that will provide complete coverage of the southern polar region above 60 corrected geomagnetic latitude.


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