Insegnamento FISICA DELLO SPAZIO

Nome del corso di laurea Fisica
Codice insegnamento A002520
Curriculum Fisica teorica
Docente responsabile Nicola Tomassetti
Docenti
  • Nicola Tomassetti
Ore
  • 42 Ore - Nicola Tomassetti
CFU 6
Regolamento Coorte 2025
Erogato Erogato nel 2026/27
Erogato altro regolamento
Informazioni sull'attività didattica
Attività Affine/integrativa
Ambito Attività formative affini o integrative
Settore FIS/05
Anno 2
Periodo Primo Semestre
Tipo insegnamento Opzionale (Optional)
Tipo attività Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento Italiano o inglese a seconda della presenza di studenti stranieri.
Contenuti Elementi di eliofisica e fisica dei plasmi spaziali; teoria delle orbite e particelle intrappolate; campo geomagnetico e magnetosfera; relazioni Sole–Terra e meteorologia spaziale; vento solare ed eliosfera; particelle energetiche nell’eliosfera e raggi cosmici (diffusione, deriva e modulazione); strumenti di misura, metodi di analisi e missioni spaziali.
Testi di riferimento M. B. Kallenrode, "Space Physics - An Introduction to Plasmas and Particles in the Heliosphere and Magnetospheres", 2004 Springer.
C. T. Russell, J. G. Luhmann, R. J. Srangeway, “Space Physics - An Introduction”, 2017 Cambridge University Press
Obiettivi formativi Acquisizione della conoscenza di base dei fenomeni solari e interplanetari, delle relazioni Sole–Terra e della meteorologia spaziale.

Comprensione dei principali processi fisici nei plasmi spaziali, inclusi il moto di particelle cariche in campi elettromagnetici, i fenomeni di intrappolamento e gli invarianti adiabatici.

Capacità di descrivere e interpretare i meccanismi di accelerazione, trasporto e modulazione delle particelle energetiche nell’eliosfera e nella magnetosfera terrestre.
Prerequisiti Conoscenze di fisica classica, con particolare riferimento all’elettromagnetismo, alla relatività speciale e all’elettrodinamica.
Conoscenza degli strumenti fondamentali del calcolo differenziale e integrale.
Metodi didattici Lezioni frontali con presentazione e discussione dei principali modelli fisici e fenomeni osservativi.
Modalità di verifica dell'apprendimento Esame orale
Programma esteso Introduzione al corso e richiami di elettrodinamica: equazioni di Maxwell, forza di Coulomb e di Lorentz, legge di Ohm, trasformazioni di Lorentz, equazione di continuità, equazione del moto ed equazione di Poisson. Cenni di fisica dei plasmi.

Proprietà dei plasmi spaziali: quasineutralità, schermaggio e lunghezza di Debye, parametro di plasma, oscillazioni e frequenza di plasma. Descrizione cinetica dei plasmi ed equazione di Vlasov.

Teoria delle orbite: moto di particelle cariche in campi elettromagnetici, moto ciclotronico e centro di guida. Moti di deriva (drift ExB, drift da forze esterne, drift di gradiente e di curvatura). Invarianti adiabatici e loro applicazioni. Intrappolamento magnetico e bottiglia magnetica. Moto delle particelle nel campo geomagnetico.

Campo geomagnetico: proprietà e misure del campo magnetico terrestre. Sviluppo multipolare e modelli geomagnetici (IGRF). Coordinate geomagnetiche, variazioni secolari, anomalia del Sud Atlantico e fasce di Van Allen.

Elementi di magnetoidrodinamica: equazioni MHD, limiti ideale e diffusivo, teorema di Alfvén, congelamento del campo magnetico e riconnessione magnetica.

Magnetosfera e correnti magnetosferiche: struttura della magnetosfera, correnti di Chapman–Ferraro, Birkeland, Hall e Pedersen. Tempeste geomagnetiche e fenomeni aurorali.

Fisica solare: struttura e proprietà del Sole. Attività solare e leggi empiriche (numero di Wolf, ciclo solare, leggi di Hale, Joy e Spörer). Magnetismo solare, dinamo solare, brillamenti e processi di accelerazione di particelle.

Atmosfera terrestre e ionosfera: struttura dell’atmosfera, equazione idrostatica e profili atmosferici. Struttura della ionosfera (regioni D, E, F), conducibilità ionosferica e correnti ionosferiche.

Vento solare ed eliosfera: modelli di Chapman e Parker, campo magnetico interplanetario e spirale di Parker, shock di terminazione ed eliosfera.

Raggi cosmici: origine e proprietà generali. Equazione di trasporto dei raggi cosmici. Modulazione solare e geomagnetica, dipendenza dalla carica e fenomeni di drift. Modelli approssimati (force-field).

Misure dei raggi cosmici: osservazioni a terra (neutron monitor) e nello spazio. Cutoff geomagnetico e funzione di risposta degli strumenti.

Cenni di meccanica celeste e orbitale. Elementi di meccanica orbitale e astrodinamica. Esperimenti nello spazio, strumenti di misura e osservatori spaziali e terrestri. Radioprotezione nello spazio, effetti della radiazione e strategie di shielding.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile Il corso contribuisce allo sviluppo di competenze scientifiche avanzate per la comprensione dei fenomeni naturali nello spazio, in linea con gli obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile, in particolare per quanto riguarda l’educazione di qualità (Obiettivo 4) e la promozione della ricerca scientifica e dell’innovazione tecnologica (Obiettivo 9).