The Sun: dynamics and topology in the upper convection layer

Abstract. L'osservazione della fotosfera solare e la spiegazione del suo aspetto è un campo di ricerca importante da molti anni. Solo recentemente, però, le tecniche di osservazione sono migliorate a tal punto da permettere studi ad alta risoluzione temporale, spaziale e in lunghezza d'onda. Tali osservazioni hanno rivelato che la superficie solare consiste di una gerarchia di strutture MHD in interazione caratterizzate da un pattern altamente dinamico. La conoscenza delle proprietà globali e locali dello strato convettivo solare è essenziale per comprendere come il processo di trasferimento di energia sia modificato dal campo magnetico e per valutare precisamente i limiti superiore e inferiore delle zone di overshooting, al fine di migliorare la nostra comprensione dell’evoluzione stellare. Inoltre, i moti fotosferico hanno un ruolo importante nei processi di iniezione di massa ed energia dalla bassa atmosfera solare alla corona, poiché l'avvezione dei foot-point magnetici da parte dei flussi del plasma modifica le strutture coronali. Infine, la configurazione spaziale degli elementi del campo magnetico sulla superficie solare è prodotta dall'interazione del campo magnetico con i movimenti convettivi fotosferici, di conseguenza, cambiamenti delle condizioni nello strato convettivo possono essere collegati alla variazione di irradianza durante il ciclo magnetico solare. L'analisi dei pattern fotosferici permette la caratterizzazione della loro topologia e morfologia, al fine di determinare il regime di convezione e i parametri dinamici del sistema. Per realizzare un'analisi completa e affidabile, sono necessarie delle procedure obiettive di segmentazione di immagine e funzioni che caratterizzino la topologia. Questa tesi consiste dunque di una ricerca sulla dinamica e sulla topologia dei moti fotosferici e degli elementi del campo magnetico. Nel capitolo 1 è data un'introduzione ai flussi convettivi solari, introducendo modelli recenti di convezione ad alto numero di Reynolds ed la loro relazione con la gerarchia dei moti sulla superficie solare. Sono presentate sia la classificazione e la spiegazione tradizionali di tali pattern, sia nuove possibili interpretazioni. Il capitolo 2 introduce il lettore a tecniche moderne di analisi spettrale. In particolare, la teoria della spettroscopia della riga è introdotta nella prima parte del capitolo, per discutere successivamente gli spettrografi bidimensionali IBIS ed IPM. Nel capitolo 3 è descritta la tecnica di Phase Diversity, al fine di eliminare le distorsioni indotte dall’atmosfera sull'immagine acquisita. Il capitolo 4 è un'introduzione alle tecniche eliosismologiche e, in particolare, all’eliosismologia locale time-distance. Il capitolo 5 discute l'analisi di immagini solari, presentando e confrontando procedure di segmentazione e di inseguimento di strutture diverse. Nel capitolo 6 sono presentati alcuni risultati dello studio della fotosfera solare e, in particolare, del campo magnetico fotosferico, tramite analisi spettroscopiche delle linee solari. La teoria di base delle funzioni per rilevare l'esistenza di organizzazione strutturale è presentata nel capitolo 7, con enfasi sulla Funzione di Correlazione di Coppia e sull'Entropia Normalizzata di Van Siclen. Nel capitolo 8 si discutono i risultati presentati e si espongono le conclusioni.