Salta al contenutoSUPERDARN: ecco come possiamo “fotografare” la ionosfera con i Radar
Tutti sappiamo, a grandi linee, cos’è un “radar”. Al cinema e in televisione spesso lo vediamo in azione nella sua applicazione più nota, ovvero in ambito militare, per identificare oggetti volanti in avvicinamento ben prima che ci raggiungano. Ma, ai poli, esistono anche radar che guardano dritto sopra le nostre teste per studiare l’alta atmosfera terrestre.
di Igino Coco
tratto da ingvambiente.com
La Terra si trova immersa nel vento solare, un flusso di particelle elettricamente cariche che il Sole emette nello spazio e che permea tutto il sistema solare. Grazie al campo magnetico di cui è dotato, il nostro pianeta ne viene efficacemente schermato. Se il vento solare riuscisse a penetrare in modo massiccio nell’atmosfera, ne perturberebbe seriamente gli equilibri chimici, mettendo a rischio lo sviluppo della vita stessa. Il “guscio” formato dal campo magnetico terrestre sotto l’azione di spinta del vento solare prende il nome di “magnetosfera”. L’attività del Sole modula continuamente il flusso di particelle, con effetti di varia natura ed intensità osservabili sia dalla superficie della Terra, sia a bordo di satelliti in orbita. Un esempio tra i più noti e spettacolari di questa interazione è costituito dalle aurore polari, i fenomeni luminosi osservabili alle alte latitudini in occasione di elevata attività solare.
Gli effetti che osserviamo a terra dell’interazione tra vento solare e magnetosfera spesso sono dovuti alle correnti elettriche che si inducono nella ionosfera, la parte più alta dell’atmosfera terrestre la quale, a sua volta, contiene una elevata percentuale di particelle elettricamente cariche.
Capire come queste correnti evolvano dinamicamente è di grandissima importanza proprio a causa dell’impatto che, secondo diverse modalità, possono avere sulla vita di tutti i giorni. Per esempio esse possono disturbare fortemente i segnali che arrivano dai satelliti della rete GNSS, causando errori di posizione del nostro GPS o, addirittura, la perdita totale del segnale (per approfondire guarda questo post) rendendo inutili i nostri sofisticati sistemi di orientamento.
Inoltre, quando le correnti nella ionosfera variano bruscamente e aumentano di intensità, il campo magnetico terrestre potrebbe “trasferire” delle correnti elettriche indotte fino al suolo, le quali si potrebbero innestare sulle linee elettriche portando addirittura al danneggiamento dei trasformatori nelle cabine di scambio e causando, nei casi più estremi, estesi blackout (Correnti Geomagneticamente Indotte, si veda per esempio questo post).
Per questo motivo è importante monitorare lo stato della ionosfera e osservare i fenomeni che qui hanno luogo, in particolare nella ionosfera polare dove essi hanno maggiore impatto.
In questo quadro, importanti osservazioni arrivano dall’utilizzo di particolari radar, che costituiscono la rete SuperDARN.
La rete SuperDARN
L’acronimo “SuperDARN” significa Super Dual Auroral Radar Network, e identifica una rete di installazioni radar situati alle medie e alte latitudini, sia nell’emisfero Nord sia nell’emisfero Sud. Ogni installazione funziona in modo sincronizzato a tutte le altre e senza interruzioni (eccezion fatta per sporadici malfunzionamenti o periodi di manutenzione pianificata), ed è costituita da una schiera di 16 antenne, per un’estensione pari a circa quattro campi da calcio. La geometria è studiata per poter indirizzare, nel modo più efficace possibile, un fascio di onde radio lungo 16 direzioni contigue, in maniera da coprire un campo di vista di circa 52°.
I campi di vista di tutti i radar attualmente operativi si possono vedere schematizzati in Figura 1. Si può notare come questi spesso si sovrappongano, dando luogo a un intreccio (“DARN”, in inglese, significa proprio questo: trama, rammendo, cucitura) che ricopre una vastissima porzione di spazio, in modo da coprire spesso una stessa regione di spazio ma da differenti angolature.
Come funzionano i radar SuperDARN?
Per poter capire il funzionamento di un radar del tipo di SuperDARN, dobbiamo partire un po’ da lontano e fornire qualche informazione di base sul concetto di radar.
Le nostre orecchie sono dei radar?
La risposta a questa bizzarra domanda è: in un certo senso sì. L’apparato uditivo degli esseri umani come di molti altri animali, infatti, è in grado di decodificare le vibrazioni e modulazioni contenute nelle onde sonore, che si propagano nell’aria o in qualunque altro mezzo denso. Se ci trovassimo fermi rispetto a un oggetto in movimento che emette onde sonore, noteremmo che l’altezza del suono cambia, passando da più acuto a più grave man mano che l’oggetto si avvicina a noi e poi si allontana di nuovo. Si chiama “effetto Doppler”, e lo sperimentiamo continuamente, per esempio quando un’ambulanza o un’auto della polizia a sirene spiegate ci passano vicino. La sorgente, in realtà, continua a emettere onde sempre con la stessa frequenza, ma il moto relativo tra sorgente e osservatore (o, in questo caso, sarebbe meglio dire “ascoltatore”) causa una compressione o dilatazione della frequenza percepita. Se il nostro cervello contenesse un oscilloscopio, saremmo in grado di misurare questa nuova frequenza e, calcolando il rapporto con la frequenza originale della sirena, potremmo ricavare la velocità con cui si muove la sorgente.
