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Solar system plasma Turbulence: Observations, inteRmittency and Multifractals

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Turbolenza relativa a vento solare e magnetosfere planetarie

Svelare i dettagli inerenti alla turbolenza del plasma si è dimostrato un compito molto più impegnativo rispetto allo studio della turbolenza in ambito di acqua e aria. Tuttavia, lo studio degli scienziati finanziati dall’UE è stato notevolmente facilitato dai satelliti, i quali agiscono come microscopio spaziale.

Energia
Spazio

Il vento solare che lascia il Sole in tutte le direzioni a una velocità che supera spesso i 400 km/s viene descritto dalla magnetoidrodinamica su larga scala. Questa complessa descrizione dovrebbe includere processi collettivi e dissipativi, dove l’energia viene trasferita dalle scale più elevate a quelle inferiori. Il modo in cui la turbolenza si sviluppa e la cascata di energia termina, e la suddivisione dell’energia fra le scale più elevate e quelle inferiori rappresentano questioni ancora aperte, che il progetto STORM (Solar system plasma turbulence: Observations, intermittency and multifractals), finanziato dall’UE, ha cercato di affrontare. Le risposte a tali domande sono fondamentali per comprendere i processi di accelerazione delle particelle e il riscaldamento del plasma presente nella corona solare e nel vento solare, così come in altri tipi di plasma astrofisico. Le osservazioni dei veicoli spaziali europei come Ulisse nel vento solare, e Cluster e Venus Express in ambienti planetari al plasma, hanno portato a preziose comprensioni relative a fluttuazioni del plasma e campi che descrivono lo stato turbolento della materia ionizzata nel sistema solare. Gli scienziati del progetto STORM hanno utilizzato approcci diversi per analizzare la struttura e la topologia di queste fluttuazioni, in varie regioni del sistema solare. Oltre al vento solare, è stata analizzata la turbolenza sviluppata a livello di interfaccia tra magnetosfere di Venere, Terra e Saturno, e vento solare. Le misurazioni con elevata risoluzione temporale di plasma e campo magnetico dai satelliti Cluster, Venus Express, Giotto e Cassini hanno offerto la possibilità di sondare le scale più piccole mai esplorate nel vento solare. Inoltre, avanzati modelli fondati su un approccio statistico, come la geometria (multi)frattale, potrebbero essere testati in modo creativo per portare a una nuova conoscenza in fatto di processi universali come per esempio la turbolenza. Uno dei principali risultati del progetto STORM è una libreria software per l’analisi dei dati non lineari che raccoglie metodi in grado di rivelare la struttura della turbolenza. La libreria include metodi che vanno dall’analisi di un ordine più basso, come l’analisi della densità spettrale di potenza, ad analisi di ordine più alto, come le funzioni di distribuzione della probabilità e i multifrattali. Si tratta di uno strumento versatile che può assimilare un ampio spettro di dati provenienti da veicoli spaziali e dati sintetici. Gli strumenti di analisi dei dati possono essere liberamente scaricati dal sito web del progetto e utilizzati per analizzare in modo efficace le serie temporali, fornite tramite i database del progetto STORM o da altre missioni spaziali passate, in corso o future. I risultati scientifici ottenuti durante il progetto hanno contribuito a tracciare un quadro più completo della turbolenza nei plasmi del sistema solare. Tutte le nuove informazioni circa la turbolenza nel vento solare e nelle magnetosfere planetarie aprirà nuovi modi di guardare alle sfide della società, come per esempio la meteorologia spaziale e/o il comportamento instabile del plasma nelle centrali elettriche a fusione.

Parole chiave

Turbolenza, vento solare, turbolenza del plasma, magnetoidrodinamica, STORM, multifrattali

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