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Gabriele Giovannini Dipartimento di Astronomia, Universita’ di Bologna Istituto di Radioastronomia - INAF Calamite giganti nell’Universo

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Page 1: Gabriele Giovannini Dipartimento di Astronomia, Universita di Bologna Istituto di Radioastronomia - INAF Calamite giganti nellUniverso

Gabriele Giovannini

Dipartimento di Astronomia, Universita’ di BolognaIstituto di Radioastronomia - INAF

Calamite giganti nell’Universo

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LA MOLECOLA DELL’ACQUALA MOLECOLA DELL’ACQUAIDROGENO

IDROGENO

OSSIGENO

L'acqua è una sostanza composta, la cui molecola è formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, la formula è quindi H2O.

Gli atomi di ossigeno attirano elettroni e quindi risultano elettricamente negativi, mentre gli atomi di idrogeno sono elettricamente positivi. Ciò fa sì che le molecole dell'acqua abbiano due poli: uno positivo (+) e uno negativo (-) (molecola bipolare),

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La vita di tutti i giorni è piena di magneti utiliche tradizionalmente prendono la formadi solidi tridimensionali, ossidi, metalli e leghe.

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Variazioni del campo magnetico al polo nord

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Terra: magnete permanente; campo magnetico di dipolo(in prima approssimazione);

campo magnetico(debole e non uniforme):

Bmax = 0.00005 T = 0.5 G

Bmax è diminuito del 7 % negli ultimi 200 anni;

polo nord geografico è inclinato di 11° rispetto al polo nord magnetico;l’angolo oscilla sensibilmente (in 400 anni ha subito una variazione totale di circa 40°);la polarità della terra si inverte (9 volte in 4 milioni di anni).

Osservazioni sperimentali

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Probabile origine del campo magnetico terrestre:

lento moto del nucleo esterno della terra (lega Nickel-Ferro)

moto generato da moti convettivi, rotazione terrestre

Dinamo: circuito in moto in un campo magnetico piccolo campo magnetico iniziale genera un campo magnetico molto intenso

(se il circuito gira abbastanza velocemente)campo magnetico iniziale: campo solare oppure prodotto da deboli correnti indotte al confine mantello-nucleo da piccole variazioni di temperatura circuito in moto: nucleo esterno

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DINAMO AD AUTOECCITAZIONE

NUCLEO DELLA TERRA

Una dinamo è una macchina elettrica rotante e serve per trasformare il lavoro meccanico in energia elettromagnetica

N

S

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campo magnetico terrestre:

si estende fino circa 60.000 km nello spazioè molto asimmetrico (a causa dell’interazione con campo magnetico solare e vento solare)

intrappola le particelle cariche del vento solare

fasce di Van Allen: regioni dello spazio intorno alla Terra con densità di particelle cariche 100.000 volte superiore alla densità normalmente presente attorno alla terra(sono responsabili delle aurore boreali)

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FASCE DI VAN ALLEN

Servono a proteggere la terra dal vento solare e dai raggi cosmici

Questo vento viene deviato fino ai poli e catturato dalle Fasce di Van Allen

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AURORE BOREALI

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AURORE BOREALI

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Questi fenomeni vengono osservati ai poli poiché sono i punti più deboli della magnetosfera

Essi sono causati dall’interazione del vento solare con l’atmosfera terrestre

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Com'è fatto il Sole: l´interno

• Nucleo:– Produzione di energia,

e trasporto per diffusione radiativa

• Zona di convezione:– Trasporto di energia per

convezione• Atmosfera:

– La ¨superficie¨ visibile del Sole. E oltre...

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Il Sole invisibile: magnetismo solare

• Il gas del Sole è un gas particolare: in pratica completamente ionizzato: un plasma –Altamente conduttivo campo magnetico!

• Manifestazioni più evidenti: macchie solari: –Più “fredde”: “solo” 4000 K (rispetto ai quasi 6000 K della

superficie “normale”).–Campo magnetico intenso: fino a 103 Gauss (oltre 1000

volte campo magnetico terrestre che e’ poco meno di 1 Gauss).

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L’emersione del campo magnetico

• Le macchie sono strutture magnetiche che emergono (fredde, solo 4000 gradi!) dall’interno del Sole.

• Le linee bianche rappresentano le linee di campo magentico

• Quando le linee si piegano (riconnettono) e spezzano creano delle tempeste.

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Come cambia il Sole: la dinamo solare

• Un modello della dinamo solare...

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Il Sole invisibile: il campo magnetico

• Il campo magnetico solare e l´atmosfera esterna: linee di forza...

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Il Sole invisibile: la corona• La corona vista più in dettaglio: archi

magnetici:

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Il Passato Ciclo Solare• Era vicino il picco alla fine del

2000.

• Linea solida discontinua media mensile.

• Linee tratteggiate: intervalli di predizione

• Linea solida continua: valore medio di predizione

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Quando c’è una Tempesta

Quando il vento solare impatta col campo Terrestre, questo si schiaccia ed elonga. Alcune particelle entrano da dietro e sono convogliate verso i poli

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Black out

Nel 1989, una tempesta solare causò un black out di 9 ore, ed altri danni che durarono vari giorni.

Le aurore furono visibili anche in Texas !

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Le Radio Galassie

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Distanti :Da 100 milioni ad alcuni miliardi di anni luce Universo in profondita’

1 anno luce : 10000 miliardi di km

c = 300000 km/s

Per confronto : Luna dista poco piu’ di 1s luce Sole dista 8m 16s luce Plutone e’ a 5h e mezzo luce Stelle piu’ vicine ad alcuni anni luce

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Westerbork (Olanda)14 antenne di 25 m

Dmax ~ 3 km

RADIOASTRONOMY

ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA, INAF - ITALY

ATCA (Australia)6 antenne di 22 m

Dmax ~ 6 km

Very Large Array (New Mexico)27 antenne di 25 m

Dmax ~ 30 km

1” a 20 cm

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Segnale debolissimo circa = 100 W alla dist della luna

Dist di 1 miliardo di anni luce, risulta potenza ENORME = 1036 W

cioe’ 1000000000000000000000000000000000000

Tale energia puo’ esser prodotta solo daquantita’ di materia pari a 100 milioni -1 miliardo dimasse come il sole E = mc2

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Il buco nero esercita attrazione gravitazionale talmente forte che non lascia sfuggire niente nemmeno la luce

Se il Sole fosse un buco nero : avrebbe raggio di 3 Km e 1 cucchiaino peserebbe 10 miliardi di tonnellate

BUCO NERO

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Il buco nero ha una forza di gravita’ talmente forte che non lascia sfuggire niente, nemmeno la luce

vfuga = (2GM/R)1/2 = c (G = 6.6 10-11 SI)

Risulta :

M = Mterra R = 9 mm

M = Msole R = 2.8 km ρ = 2 1016 ρH2O

M = 1000 Msole R = 3100 km ρ = 2 1010 ρH2O

M = 108 Msole R = 3 108 km ρ = 2 ρH2O

(2 U.A.)

108

= 100.000.000 = 100 milioni

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~2 kpc

Nucleo(Buco Nero)

M87 – Virgo A

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A2218 z = 0.171

Size 400 kpcpari a circa 1.5 milionidi anni luce

…..milioni di miliardi di km

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A 2744

X-Ray brightness

Temperature

Radio - Xray

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MAGNETIC FIELD ENERGY CAN INCREASE BY GREATER THAN A FACTOR OF 10-20 IN LOCALIZED REGIONS BECAUSE OFCOMPRESSION/TURBULENCE

(Roettiger et al. 1999)

Gas density Temperature Magnetic field pressure

Campo Magnetico in un ammasso di galassie

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Grazie