Diagnostica dell'espansione della corona solare attraverso osservazioni del coronografo Metis

This work aims to give a contribution to the investigation of the solar wind plasma acceleration mechanisms. To reach this purpose, the main coronal diagnostics techniques are described, with the aim to estimate physical parameters such as the coronal electron density distribution and the solar wind outflow velocity. These diagnostics techniques are applied to observational data, such as those obtained with the instruments onboard the SOHO and STEREO spacecraft, and, currently, to high resolution data provided by the Metis coronagraph, onboard the Solar Orbiter spacecraft. Metis is able to perform observations of the solar corona until a minimum distance of 0.28 au, providing detailed images important for a deep investigation of the solar wind sources, highlighting their fine structure, as well as of the plasma acceleration mechanisms. The results reported in this PhD thesis take into account the Metis first light detailed analysis, performed to infer the electron density and the outflow velocity of the expanding corona at relatively low heliocentric distances, clearly discriminating the separation between fast and slow solar wind regimes and linking the plasma properties with the coronal magnetic field configuration. The results coming from the first quadrature between Solar Orbiter and the Parker Solar Probe spacecraft allow to extend the detailed investigation of the aforementioned parameters from about 3.5 solar radii to 22 solar radii, also inferring other fundamental parameters (such as the radial component of the magnetic field and the plasma flux energy). Finally, the results obtained from the analysis of the first CME observed with Metis, complemented with observations performed with the STEREO-A/COR 2, SOHO/LASCO-C2, Solar Orbiter/EUI-FSI, and STEREO-A/EUVI instruments, provide the detailed structure of the transient event and information relative to its kinematics and its source region. The results here reported are important in view of space weather applications, concerning the development of forecasting tools for severe events potentially dangerous for the human activity and safety.

Questo lavoro ha l'obiettivo di dare un contributo all'investigazione dei meccanismi di accelerazione del plasma che compone il vento solare. Per raggiungere questo scopo, le principali tecniche di diagnostica sono descritte, con l'obiettivo di stimare parametri fisici come la distribuzione di densità elettronica in corona e la velocità del vento solare. Queste tecniche di diagnostica sono applicate a dati osservativi, come quelli ottenuti con gli strumenti a bordo delle sonde spaziali SOHO e STEREO e, attualmente, a dati ad alta risoluzione forniti dal coronografo Metis, a bordo della sonda spaziale Solar Orbiter. Metis è capace di effettuare osservazioni della corona solare fino a una distanza minima di di 0.28 au, fornendo immagini dettagliate importanti per una investigazione profonda delle sorgenti del vento solare, evidenziando la loro struttura fine, così come i meccanismi di accelerazione del plasma. I risultati riportati in questo lavoro di tesi di Dottorato di Ricerca tengono in considerazione l'analisi della prima luce di Metis, effettuata per dedurre la densità elettronica e la velocità del vento solare della corona che si espande a distanze eliocentriche relativamente basse, discriminando chiaramente la separazione tra i regimi di vento solare veloce e lento e legando le proprietà del plasma con la configurazione del campo magnetico coronale. I risultati provenienti dalla prima quadratura tra le sonde Solar Orbiter e Parker Solar Probe permettono di estendere l'investigazione dettagliata dei sopracitati parametri da circa 3.5 raggi solari a circa 22 raggi solari, anche determinando altri parametri fondamentali (come la componente radiale del campo magnetico e il flusso di energia del plasma). Infine, i risultati ottenuti dall'analisi del primo CME osservato con Metis, complementati con osservazioni effettuate con gli strumenti STEREO-A/COR2, SOHO/LASCO-C2, Solar Orbiter/EUI-FSI e STEREO-A/EUVI, forniscono la struttura dettagliata dell'evento transiente e informazioni concernenti la sua cinematica e la sua regione sorgente. I risultati qui riportati sono importanti in vista di applicazioni alla meteorologia spaziale, riguardanti lo sviluppo di strumenti di previsione di eventi potenzialmente pericolosi per l'attività umana e la salute.