Geomagnetismo
Prof. Mario PARISI
([email protected])
Anno Accademico 2015-2016
Corso di Laurea: Laurea Magistrale in Fisica
Anno di Corso: II anno
Periodo Didattico: Primo Semestre - II anno
CFU: 6
Obiettivi:
Fornire allo studente le conoscenze, di base e specialistiche, necessarie per affrontare lo studio delle
caratteristiche del campo geomagnetico e delle sue variazioni legate a sorgenti interne ed esterne.
Inoltre, saranno approfonditi i processi fisici coinvolti nell’interazione del plasma interplanetario
con la magnetosfera terrestre. Scopo del corso è altresì l’acquisizione di adeguate conoscenze sui
metodi di misura e di analisi dei dati geomagnetici registrati da strumentazione a terra ed a bordo di
satelliti e sonde nel mezzo interplanetario.
Programma:
Campo magnetico terrestre. Analisi delle componenti del campo (principale, litosferico, esterno e di
induzione). Approssimazione di dipolo. Analisi del campo geomagnetico in armoniche sferiche.
Distribuzione del contenuto di energia delle armoniche sferiche. Modelli di dinamo autoeccitata.
Teorema di Cowling. La dinamo terrestre. Magnetizzazione delle rocce (temperatura di Curie:
temperatura di Neel; rocce diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche). Paleomagnetismo
ed archeomagnetismo. Variazioni spaziali e temporali del campo geomagnetico (inversioni di
polarità, escursioni, jerks, ecc.). Polodie magnetiche. Anomalie della componente dipolare e non
dipolare del campo geomagnetico. Metodi e strumenti di misura a terra e nello spazio. Gli
osservatori geomagnetici nel mondo. Richiami di fluidodinamica. Equazione della induzione
magnetica: diffusione, congelamento e riconnessione. Elementi di magnetoidrodinamica. Struttura
della magnetosfera e sistemi di correnti. Sorgenti di attività solare: regioni attive e macchie solari,
prominenze e filamenti, brillamenti, emissioni di massa coronale (CME), buchi coronali. Campo
magnetico interplanetario. Ciclo solare. Il plasma interplanetario. Interazione tra plasma
interplanetario e magnetosfera terrestre. Perturbazioni nel vento solare, onde
magnetoidrodinamiche, onde d’urto, nuvole magnetiche. Trasferimento di energia dal vento solare
alla magnetosfera. Riconnessione magnetica. Accoppiamento ionosfera-magnetosfera. Le aurore.
Risposta geomagnetica a differenti perturbazioni interplanetarie. Storms and substorms
magnetosferici. Indici geomagnetici (Kp, ap, Dst, AE, AL, AU). Correlazione gli indici
geomagnetici e le variazioni temporali dell’attività solare. Pulsazioni magnetiche nella
magnetosfera (Pc e Pi). La meteorologia spaziale (Space weather) e gli effetti sull’ambiente
terrestre.
Materiale didattico:
− Appunti delle lezioni.
− Merrill M., McElhinny M. W., McFadden P. L., “The Magnetic Field of the Earth:
Paleomagnetism, the Core, and the Deep Mantle” (International Geophysics Series), 1996
− Meloni A., Il pianeta magnetico. Introduzione al geomagnetismo, Editore: Carocci
− Parks G.K.: “Physics of Space Plasmas. An Introduction” [Addison-Wesley Pub. Co., 1991]
− Kivelson G. and Russell C.T. (eds.): “Introduction to Space Physics” [Cambridge University
Press, 1995.]
Geomagnetism
Prof. Mario PARISI
([email protected])
Academic Year: 2015-2016
Degree Course: Master of Science in Physics
Educational Period: First Semester - II year
European Credit Transfer System Credits (ECTS): 6
Objectives:
The course aims at providing basic and advanced knowledge needed to study the structure, the
characteristics and the variations of the geomagnetic field. Moreover, the student will study the
physical processes involved in the interaction of interplanetary plasma with the Earth's
magnetosphere. The purpose of the course is also the acquisition of appropriate knowledge of the
measurement and the analysis methods of geomagnetic data recorded by instrumentation on the
ground and on satellites.
Program:
Earth's magnetic field. Analysis of the main, lithospheric, external and inducted components of the
field. Dipole approximation. Analysis of the geomagnetic field in spherical harmonics. Distribution
of the energy content of the spherical harmonics. Models of self-excited dynamo. Cowling theorem.
The Earth's dynamo. Magnetization of rocks (Curie and temperature; Neel temperature; dia- paraand ferromagnetic rocks). Paleomagnetism and archeomagnetism. Spatial and temporal variations
of the geomagnetic field (polarity inversions, excursions, jerks, etc.). Motion of magnetic pole.
Anomalies of the dipolar and non-dipolar component of the geomagnetic field. Methods and
instruments for measuring geomagnetic field on the ground and space. The geomagnetic
observatories in the world. Elements of fluid dynamics. Equation of magnetic induction: diffusion,
freezing and reconnection. Elements of magneto-hydrodynamics. The structure of the
magnetosphere and currents system. Solar activity sources: active regions and sunspots,
prominences and filaments, flares, coronal mass ejections (CME), coronal holes. Interplanetary
magnetic field. Sun cycle. The interplanetary plasma. Interaction between Earth's magnetosphere
and the interplanetary plasma. Perturbations in the solar wind, magneto-hydrodynamic waves,
shock waves, magnetic clouds. Transfer of energy from the solar wind to the magnetosphere.
Magnetic reconnection. Ionosphere - magnetosphere coupling. Aurorae. Geomagnetic response to
different interplanetary disturbances. Storms and magnetospheric sub-storms. Geomagnetic indices
(Kp, ap, Dst, AE, AL, AU). Correlation between geomagnetic indices and temporal variations of the
solar activity. Magnetic pulsations in the magnetosphere (Pc and Pi). Space Weather and terrestrial
environment.
Teaching materials:
− Lessons notes.
− Merrill M., McElhinny M. W., McFadden P. L., “The Magnetic Field of the Earth:
Paleomagnetism, the Core, and the Deep Mantle” (International Geophysics Series), 1996
− Meloni A., Il pianeta magnetico. Introduzione al geomagnetismo, Editore: Carocci
− Parks G.K.: “Physics of Space Plasmas. An Introduction” [Addison-Wesley Pub. Co., 1991]
− Kivelson G. and Russell C.T. (eds.): “Introduction to Space Physics” [Cambridge University
Press, 1995.]
