Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, dicembre 2003 Relatore: M. Candidi SFSI Fisica del Plasma nel Sistema Solare I plasmi astrofisici nel laboratorio naturale del Sistema Solare; lunico vento stellare che possiamo osservare direttamente in situ, e dettagliatamente nei suoi effetti sui pianeti Relazioni Sole-Altri Pianeti Linterazione Sole-Altri Pianeti Linterazione Sole-Terra Linterazione Magnetosfera-Ionosfera Relazioni Sole-Terra Sole-Vento solare-Eliosfera Corona solare

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi Coronal loop; the picture shows the features of the Suns 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 NASA TRACE ESA SOHO The Sun is the driver Sun and solar atmosphere Roma, dicembre 2003

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi 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) Roma, dicembre 2003

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi 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 Mag field (B,Bz) Azimuth Density (n) Velocity (v) Temperature 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. NASA ACE Solar wind Roma, dicembre 2003

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, 5-6 novembre 2003 Relatore: M. Candidi The magnetosphere responds to the inputs Magnetosphere Electric current systems develop : Tail Field aligned Polar Ionospheric Ring Chapman-Ferraro These change in time, driven by the varying solar wind input Roma, dicembre 2003

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi Theta aurora over Antarctica Auroras form on magnetised planets with an atmosphere in a stellar wind Effects in the human environment follow Ionosphere Roma, dicembre 2003

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi 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 starand 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 Roma, dicembre 2003

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi Roma, dicembre 2003 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 ( ), due to lack of observations in key regions and limited capabilities and infrastructures. (1)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) (2)Heliospheric structure (distribution of mag. fields and matter, interaction of solar atmosphere with local interstellar medium) (3)Space environment of Earth and other solar system bodies and dynamical response to external influences. (4)Basic physical principles in processes observed in solar and space plasmas. (5)Develop near-real-time predictive capability for understanding and quantifying impact on human activities ( space weather ).

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi 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 Roma, dicembre 2003

Ruoli nei Progetti Europei ed Internazionali di Space Weather OA Turin OA Trieste IROE/CNR Florence Uni LAquila IFSI/CNR Rome INGV Rome OA Rome OA Naples OA Catania Uni Rome Uni Turin Uni Naples Uni Catania ESA Space Weather Working Team ESA Space Weather Pilot Projects EU-Solar Terrestrial and Atmospheric Res. E-STAR ESF COST Action 724 on Space Weather Iniziativa Nazionale di Space Weather Iniziative Europee di Space Weather Rappresentante nazionale : M. Candidi Proponente : E. Amata Proponente : E. Amata Programmi approvati : E. Amata GIFINT Programmi approvati : E. Amata GIFINT Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. CandidiRoma, dicembre 2003 EU Research and Training Network Responsabile : G. Consolini Responsabile : G. Consolini

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi ESA Space Weather pilot projects (16) GIFINT IFSI/INGV/RAL/Obs.Athens E. Amata Others ILWS NASA/ESA/RASA/JAEA/CSA WGs Ionosphere Thermosphere Ground Based Obs. Magnetosphere EU COST Action 724 WGs National rep. SCOSTEP (ICSU) WGs Bureau member M. Candidi Solar Activity M. Messerotti Radiation Environment Solar Wind Disturbances at Earth Space Weather Observations and Services M. Candidi Solar Influence on Climate Space Weather Atmospheric Coupling Space Climatology Others Solar Terrestrial Physics and Space Weather: International Committes Roma, dicembre 2003

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi What are we doing about it? Space missions: Ulysses Cluster Double Star Ground based instruments All-sky cameras SuperDARN radars Cosmic ray detectors Theory Roma, dicembre 2003 Tutti saranno descritti nelle seguenti presentazioni, salvo alcuni aspetti che darò subito, per alcune cose che non saranno dettagliate dopo

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi 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) Cosmic rays in the heliosphere Roma, dicembre 2003 Ulteriori dettagli nella presentazione della stazione SVIRCO e delle stazioni LARC, ESO, OLC

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi Baia Terra Nova, March 22nd, 2001, 13:40 GUT ( =428nm) Northern hemisphere polar sites equipped with all-sky cameras by IFSI/CNR (NyAlesund, Svalbard; Zackenberg, Greenland). Longitudinal array, MIRACLE IFSI all-sky cameras: Arctic and Antarctic Italian antarctic instrumentation sites: Baia Terra Nova Dome-C Roma, dicembre 2003 Ny Alesund Zackenberg

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, 5-6 novembre 2003 Relatore: M. Candidi Operational criterion for long term tether stability STAIF 2002 Albuquerque NM February Tether should operate for 3 months with angular oscillations, both in plane and out of plane not overtaking 20 degrees Bare tether : in plane oscillations I 0 < 0.94 amperes Active experiments

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Relatore: M. Candidi Solar wind andMagnetosphere Double Star CLUSTER CLUSTER Roma, dicembre 2003

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Roma, 5-6 novembre 2003 Relatore: M. Candidi SuperDARN radars Remote sensing of the motion of ionospheric irregularities; Doppler shift of radar signal with pairs of crossed ground based radars.

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.