Fisica Spaziale e Space Weather

La linea di ricerca FSSW presso l’INAF-IAPS di Roma ha una consolidata tradizione di ricerca nel campo della Fisica Spaziale e dello Space Weather con competenze nell'ambito teorico, sperimentale, e di progettazione e gestione di esperimenti in missione spaziali.

La Fisica Spaziale riguarda lo studio delle principali caratteristiche e della dinamica dei plasmi spaziali, che costituiscono uno stato altamente ionizzato della materia, composto principalmente da particelle cariche (ioni ed elettroni), globalmente neutro e che mostra proprietà peculiari come conducibilità elettrica ed interazioni collettive.

Lo Space Weather, nella concezione moderna più allargata, concerne lo stato fisico e fenomenologico degli ambienti spaziali naturali; la disciplina associata mira, attraverso l'osservazione, il monitoraggio, l'analisi e la modellizzazione, a comprendere e prevedere lo stato del Sole, gli ambienti interplanetari e planetari e le perturbazioni solari e non solari che li influenzano. Inoltre, lo Space Weather include la previsione a breve e lungo termine dei possibili effetti sui sistemi biologici e tecnologici.

L’attività di ricerca svolta in IAPS copre queste due macro tematiche.

Nell'ambito della fisica dei plasmi si studiano processi connessi alla dinamica dei plasmi in fotosfera, nello spazio interplanetario, nel sistema magnetosfera-ionosfera terrestre e negli altri pianeti del sistema solare, con focus su:

•  proprietà e dinamica del plasma a livello della fotosfera solare;
•  proprietà e caratteristiche del vento solare;
•  complessità, turbolenza e di processi di riscaldamento nei plasmi spaziali;
• meccanismi di accelerazione, come riconnessione magnetica e shock;
• dinamica dei plasmi magnetosferici e ionosferici."

Nell’ambito dello Space Weather, in IAPS si studia:

• l’attività solare relativamente all’emissione di solar flares e propagazione di eventi come solar energetic particles (SEP) e coronal mass ejections (CME);
• la modulazione dei Galactic Cosmic Rays (GCR) come parametro fondamentale per la comprensione e la previsione di disturbi interplanetari di origine solare;
• l’interazione del vento solare, delle SEP e dei GCR con gli ambienti terrestri e planetari e la fenomenologia legata a questi eventi solari che si sviluppa nella magnetosfera terrestre e nelle magnetosfere planetarie (sia nel caso che siano generate da campi magnetici planetari oppure indotte dall’interazione col vento solare);
• la ionosfera terrestre e l’accoppiamento vento solare-magnetosfera-ionosfera;
• la variabilità e dinamica negli ambienti (magnetosfere, esosfere e atmosfere) dei corpi nel Sistema Solare (pianeti, lune e asteroidi) dovuta all’interazione con lo spazio interplanetario locale. Si include, quindi, anche l’interazione delle lune dei pianeti giganti con i plasmi magnetosferici locali;
• i processi di generazione e perdita delle esosfere planetarie, considerando l’interazione di plasmi, polvere e radiazione solare con l’alta atmosfera e le superfici planetarie. Gli effetti di alterazione delle superfici esposte al mezzo interplanetario, è una tematica che si riferisce allo space weathering, quindi meglio affrontata nella linea di ricerca di Scienze Planetarie.

Per il raggiungimento degli obiettivi scientifici e per lo svolgimento dei progetti, la linea di Ricerca FSSW mette in campo competenze ad ampio spettro garantendo livelli di eccellenza nei vari ambiti.

La competenza nell’ ambito teorico è rivolta all’ investigazione di processi e delle dinamiche dei plasmi spaziali, allo sviluppo di modelli e simulazioni numeriche per riprodurre la circolazione magnetosferica e la distribuzione delle esosfere planetarie. La capacità di sviluppo di tool di analisi di dati viene applicata a dati osservativi da Terra (quali ad esempio dati radar della ionosfera terrestre, dati di neutroni per la misura dei GCRs, oppure dati di esosfere planetarie) ed a dati in situ (di particelle cariche e neutre o di campi magnetici da missioni spaziali).

L’attività sperimentale viene svolta nei laboratori dell’IAPS per testare strumenti, per ottimizzare il design e lo sviluppo di strumentazione per laboratorio e per missioni spaziali come, ad esempio, rivelatori di plasma e campo elettrico, rivelatori di atomi neutri energetici (ENA) e polarimetri per X Rays.

Infine, la competenza in campo tecnologico viene impiegata per la gestione delle operazioni di volo, per la gestione e l’archivio di database e per lo sviluppo di strumenti di prima analisi e visualizzazione per i dati delle missioni spaziali.

PROGETTI

ASPIS/CAESAR

BepiColombo/SERENA, /PHEBUS, /MPPE, /SIXS

CSES

CUSP

Europlanet/SPIDER

HENON

M-Matisse

Plasma Observatory

PNRR

PreChaSWE

Solar Orbiter/SWA

SP4Gateway

SuperDarn

SVIRCO

SWEATERS

THEMIS

The solar wind: a paradigm for complex system dynamics