1. L’Università della Calabria, ed in particolare il gruppo di Astrofisica, Fisica dei Plasmi e Geofisica, è il partner di un grosso progetto dell’ASI e del MUR -Space it up!- Lo Spoke, di cui Sergio Servidio è Co-L ha il titolo Protection of Critical Infrastructures and Space Weather.
Le tematiche spaziano dalla simulazioni di eventi estremi di space weather, ad analisi dati, alla protezione delle infrastrutture, progettazioni di missioni fino alla robotica.
2. Negli ultimi due anni siamo stati direttamente coinvolti nel progetto per la realizzazione di una missione cubesat chiamata HENON (HEliospheric pioNeer for sOlar and interplanetary threats defeNce). Le motivazioni includono il fatto che i getti di massa coronale sono tra i più dannosi tra i pericoli dello space weather. HENON è una missione ESA-ASI e avrà un’orbita retrograda (DRO) attorno alla Terra. In questo contesto, la missione è nuova perchè avrà il vantaggio di osservazioni temporali in anticipo rispetto alle usuali poste nei punti Lagrangiani.
Attualmente, si stanno portando avanti simulazioni sulle osservazioni di HENON, in particolare del parametro VB_z del vento solare, che è uno degli indicatori più usato delle tempeste geomagnetiche.
3. Abbiamo in essere un progetto che si focalizza sulla previsione dell’arrivo di Solar Energetic Particles (SEPs) alla Terra, nell’ambito dello space weather. Le SEPs, prodotte da eventi solari come le Coronal Mass Ejections (CMEs), costituiscono una minaccia per satelliti, missioni spaziali e infrastrutture tecnologiche. L’approccio è basato sull’integrazione di osservazioni, analisi dati e simulazioni numeriche. Viene costruito un database comprensivo contenente parametri fisici delle CMEs e degli shock, ottenuti da osservazioni remote (STEREO-A/COR2, SOHO/LASCO) tramite ricostruzioni tridimensionali. Tali parametri includono il rapporto di compressione e il numero di Mach, derivati da profili di brillantezza coronografici. Le stesse quantità sono valutate in-situ utilizzando dati magnetici e di particelle da missioni come Solar Orbiter, Parker Solar Probe, Wind e ACE. Sono inoltre analizzate le proprietà turbolente del plasma nelle regioni upstream e downstream delle CMEs. I parametri osservativi ottenuti sono utilizzati come input in un modello test-particle innovativo, dove le SEPs si propagano in un campo magnetico turbolento anisotropo generato sinteticamente tramite tecnica wavelet. I risultati saranno resi disponibili alle infrastrutture operative dedicate allo space weather, come l’ESA Space Weather Service Network.
4. Il trasporto di particelle energetiche di origine solare attraverso il campo magnetico turbolento dell’Eliosfera rappresenta uno dei problemi coinvolti nello space weather. In quest’ambito stiamo sviluppando un modello di turbolenza sintetica per le fluttuazioni del campo magnetico eliosferico. Il modello è basato sulla tecnica wavelet in cui il campo è costruito come sovrapposizione di fluttuazioni le cui scale di variazione coprono un esteso range spettrale. La tecnica usata consente di calcolare il campo in un generico punto dello spazio con un numero ridotto di operazioni e usando una quantità limitata di memoria della macchina. Mediante l’introduzione di opportune coordinate curvilinee il modello riproduce una turbolenza tridimensionale isotropa che tiene conto della geometria sferica e riproduce la dipendenza radiale della lunghezza di correlazione osservata nei dati in-situ. Il modello verrà utilizzato per ricostruire l’evoluzione di particelle energetiche nell’Eliosfera, da distanza prossime al Sole fino a distanza dell’ordine di una unità astronomica.
5. Lo studio della dinamica turbolenta abbraccia un’ampia gamma di fenomeni altamente dinamici nella fisica del sistema solare e del suo contesto planetario. Tra le numerose metodologie utilizzate per indagare i meccanismi di innesco ed evoluzione di tali sistemi turbolenti, un approccio ad alte prestazioni è fornito dall’utilizzo di banche dati osservative con diverse risoluzioni spaziotemporali, disponibili grazie a sonde e missioni spaziali.
A partire da questi tipi di dati, le tecniche di decomposizione spettrale di un parametro fisico si sono dimostrate strumenti molto utili per sviluppare una caratterizzazione della turbolenza. In particolare, una di queste tecniche è la Proper Orthogonal Decomposition (POD), applicata per studiare nel dettaglio la dinamica spaziotemporale di un sistema utilizzando un campo scalare o vettoriale di riferimento. Il punto chiave è sfruttare questa decomposizione spettrale in flussi non omogenei e non isotropi con strutture complesse.
In astrofisica, la POD è stata impiegata per indagare la turbolenza nella dinamica spaziotemporale del ciclo solare, oppure considerando il campo di velocità lungo la linea di vista, acquisito dallo strumento MDI/SOHO, per i moti fotosferici solari.
Nello studio di eventi atmosferici estremi, la POD viene applicata per analizzare la turbolenza associata alle regioni cicloniche all’interno di un uragano, attraverso l’utilizzo di immagini satellitari geostazionarie acquisite dal radiometro SEVIRI/MSG-8.
Una prospettiva applicativa interessante della POD risiede nel confronto degli spettri energetici spaziotemporali tra eventi estremi caratteristici dell’atmosfera terrestre e quelli presenti nelle atmosfere di altri pianeti del sistema solare. Gli spettri POD applicati a un ciclone tropicale conducono allo studio della diagnostica di fenomeni con caratteristiche molto simili nell’atmosfera di Giove. Il caso di studio più rilevante è quello della Grande Macchia Rossa, nota come il più vasto evento estremo dell’intero sistema solare. Un’analisi della dinamica di questo ampio e potente vortice, utilizzando campi scalari o vettoriali estratti dai dati della sonda Juno, in relazione ai meccanismi di intensificazione e alle variazioni termiche caratteristiche, permetterebbe di comprendere e confrontare il ruolo della turbolenza sulle diverse scale atmosferiche dei due pianeti.