Turbulence and structures in the solar wind

Questa tesi si focalizza sullo studio della dinamica turbolenta del vento solare. In particolare mi sono occupato d’indagare i principali fenomeni scaturiti quando una tale dinamica inizia a coinvolgere scale paragonabili al raggio di Larmor. Gli argomenti discussi nella tesi riguardano: il riscaldamento anisotropo del plasma, e le proprietà degli spettri elettromagnetici relativi alla cascata turbolenta nella direzione perpendiculare al campo magnetico ambiente. Questi problemi sono affrontati utilizzando due differenti metodi: il primo, chiamato FLR-LF, permette di includere nei modelli magnetoidrodinamici sia l’effetto cinetico del Landau damping sia l’effetto dispersivo giocato dalle correzioni del tensore di pressione dovute alla finitezza del raggio di Larmor (FLR); il secondo riguarda invece l’utilizzo di un codice Vlasov ibrido, rispettivamente unidimensionale nello spazio delle posizioni e tridimensionale nelle spazio delle velocità (HV). Studi preliminari, eseguiti per mezzo del modello Hall-MHD comprimibile, hanno dimostrato la possibilità di una cascata di onde di Alfvén lungo la direzione parallela al campo magnetico ambiente capace di raggiungere scale più piccole della lunghezza inerziale ionica. Ulteriori simulazioni numeriche del modello FLR-LF in direzione quasi-perpendicolare con l’aggiunta di un forzaggio “random” atto ad imitare la coda della cascata Alfvénica, mettono in evidenza un riscaldamento non-risonante sulla specie ionica lungo la direzione perpendicolare al campo magnetico ambiente, favorendo lo sviluppo di instabilità “mirror”. Quest’ultima vincola il “range” di valori sia dell’anisotropia di temperatura ionica sia del beta ionico. Una estensione del modello FLR-LF è stata inoltre realizzata includendo, attraverso un operatore BGK, l’effetto delle collisioni. Simulazioni numeriche che tengono conto delle collisioni mostrano un ottimo accordo con i dati forniti dai satelliti. Infine, simulazioni col codice HV, all’interno del quale un forzaggio sul campo elettrico viene applicato, hanno prodotto sia spettri eletromagnetici con pendenze di -5/3 e -7/3 rispettivamente su scale maggiori e minori della lunghezza inerziale ionica sia strutture elettromagnetiche quali “shock” perpendicolari e buchi magnetici