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Archivio digitale delle tesi discusse presso l’Università di Pisa

Tesi etd-06282010-152357


Tipo di tesi
Tesi di dottorato di ricerca
Autore
HENRI, PIERRE
URN
etd-06282010-152357
Titolo
From Vlasov to STEREO: nonlinear coupling in the solar wind
Settore scientifico disciplinare
FIS/05
Corso di studi
FISICA APPLICATA
Relatori
tutor Briand, Carine
commissario Prof. Rezeau, Laurence
commissario Prof. Lapenta, Giovanni
commissario Prof. MacDowall, Robert
commissario Dott. Passot, Thierry
commissario Prof. Veltri, Pierluigi
commissario Prof. Shore, Steven Neil
tutor Prof. Califano, Francesco
Parole chiave
  • instabilità parametrica
  • nonlinearità
  • onde Langmuir
  • plasma
  • ponderomotrice
  • stereo
  • vento solare
  • vlasov
Data inizio appello
08/07/2010
Consultabilità
Non consultabile
Data di rilascio
08/07/2050
Riassunto
Gran parte dei plasmi astrofisici, tra cui il vento solare, sono non-collisionali. In questi sistemi infatti le frequenze tipiche della dinamica del sistema sono grandi in confronto alla frequenza di collisione, e quindi questi sistemi non possono essere considerati all’equilibrio termodinamico locale. In questo contesto, i processi cinetici e/o nonlineari (interazione onda-particella e onda-onda) permettono una ridistribuzione dell’energia nel plasma. Nonostante che sia i processi cinetici che la teoria nonlineare del plasma siano stati intensivamente studiati a partire dagli anni sessanta, mancano ancora prove osservative precise che tali processi abbiano effettivamente luogo nei plasmi spaziali.
Nell’ambito dei plasmi spaziali e più in particolare per quanto riguarda la dinamica elettrostatica ionica ed elettronica, questa tesi di dottorato si pone un obiettivo duplice: (i)
comprendere la fisica relativa ai processi cinetici e/o nonlineari e (ii) dare prove osservative di quest’ultimi.
Lo studio si basa sia su osservazioni spaziali in-situ che su simulazioni numeriche. Misure
di forme d’onda del campo elettrico provengono dello strumento radio WAVES sulle sonde STEREO. Le simulazioni numeriche sono state effetuate usando un codice cinetico Vlasov-Poisson unidimensionale nel limite elettrostatico.
I risultati sono i seguenti. (1) È stato sviluppato un metodo di misura e di calibrazione insitu di fluttuazioni di densità a piccola scala, usando le variazioni quasistatiche del potenziale della sonda. (2) Si è ottenuta la prima prova osservativa di effetti ponderomotrici
nel vento solare (accopiando nonlinearmente la densità del plasma alle onde plasma elettroniche,
dette Langmuir, di grande ampiezza), analizzando più di tre anni di osservazioni in-situ del campo elettrico e di densità. (3) La prima prova diretta del decadimento Langmuir elettrostatico (un archetipo di interazione onda-onda) è stata ottenuta associando osservazioni e simulazioni. Le forme d’onde in-situ, associate ad un evento di tipo III, permettono di osservare il carattere risonante dell’interazione sia attraverso la conservazione del momento e dell’energia, che attraverso la coerenza di fase, per mezzo di un’analisi detta di bicoerenza. Una nuova soglia per il decadimento Langmuir elettrostatico è ricavata dalle simulazioni tenendo conto della dinamica dell’interazione, convalidata dalle
osservazioni. (4) Infine, le simulazioni Vlasov-Poisson mostrano che l’evoluzione della turbolenza Langmuir debole su tempi lunghi tende asintotticamente verso un regime di turbolenza forte tramite la formazione di cavitoni Langmuir.
Questa tesi illustra l’importanza strategica di un approccio basato sia sulle osservazioni sia sulle simulazioni numeriche.
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