E-IonoNet: la rete radar europea per studiare la ionosfera

E-IonoNet è una rete radar europea coordinata dall’INGV per lo studio della ionosfera. Grazie a un sistema di trasmettitori e ricevitori distribuiti, permette di analizzare le caratteristiche ionosferiche su ampie aree e in modo continuo

di Achille Zirizzotti, Loredana Perrone, Carlo Scotto, Umberto Sciacca, Enrico Zuccheretti, Dario Sabbagh, Alessandro Ippolito

Oltre un secolo fa, i primi esperimenti di Guglielmo Marconi mostrarono che le onde radio potevano propagarsi su grandi distanze grazie all’interazione con la ionosfera, una regione dell’atmosfera compresa tra circa 60 e 1000 km di quota.

Le condizioni della ionosfera variano nel tempo, anche rapidamente, sotto l’effetto dell’attività solare, influenzando le comunicazioni radio e i sistemi di navigazione satellitare. Monitorarla in modo continuo e su larga scala è quindi essenziale.

In questo contesto si inserisce E-IonoNet, un progetto dell’INGV che sviluppa una rete radar multi-statica (che consente cioè di ricevere segnali da più trasmettitori) per l’osservazione della ionosfera a scala europea.

Il passaggio dal sondaggio “verticale” a quello “obliquo”

Per studiare la ionosfera, gli scienziati utilizzano strumenti chiamati ionosonde, che funzionano come radar. Tradizionalmente, il sondaggio avviene in verticale: un’antenna trasmette un segnale verso l’alto e il ricevitore ne registra l’eco riflesso nello stesso punto di trasmissione. Questo approccio fornisce informazioni puntuali, riferite alla colonna di ionosfera sopra lo strumento.

IonoNet supera questa concezione utilizzando il sondaggio obliquo, che consente di investigare la ionosfera lungo percorsi estesi e tra regioni geograficamente distanti. In questo caso, il trasmettitore e il ricevitore sono collocati in siti anche a migliaia di chilometri di distanza: il segnale trasmesso interagisce con la ionosfera e viene poi rilevato da una stazione ricevente lontana. Questo approccio permette di studiare le caratteristiche ionosferiche su grandi distanze e di ottenere una visione più estesa della sua variabilità spaziale.

Da progetto nazionale a rete europea in espansione

IonoNet è nato inizialmente come un progetto di ricerca nazionale (estensione del progetto italiano MEET) per mappare la ionosfera sopra l’Italia. L’infrastruttura italiana utilizza un trasmettitore installato a Montelibretti (RM) e 5 stazioni riceventi a Rocca di Papa (RM), Preturo (AQ), Duronia (CB), Lampedusa (AG) e Castello Tesino (TN), e prevede l’installazione di altri due trasmettitori a Gibilmanna (PA) e La Spezia per raggiungere una copertura capillare del territorio nazionale.

Visto il successo, il progetto si sta ora espandendo per incorporare altre nazioni europee. L’INGV ha infatti contattato e sta stringendo accordi con istituzioni in Spagna, Finlandia, Cipro, Francia, Ungheria e Romania. La prima stazione estera è stata installata in Finlandia, rappresentando un banco di prova cruciale vista l’enorme distanza (circa 2170 km) dal trasmettitore di Montelibretti. Tutte le stazioni europee sono da poco in funzione (tranne le stazioni spagnola e romena) con risultati promettenti.

Tutti i dati raccolti vengono inviati automaticamente al centro dati dell’INGV a Roma. Qui un sistema elabora le informazioni quasi in tempo reale, trasformando gli “ionogrammi obliqui” in verticali (calcolati nel punto a metà strada tra trasmettitore e ricevitore) per consentire il confronto diretto e la determinazione dei parametri ionosferici mediante Autoscala, un software sviluppato all’INGV per l’interpretazione automatica degli ionogrammi.

L’enorme mole di dati generata dalla rete è pubblica. Gli ionogrammi obliqui sono resi disponibili gratuitamente per il download e la consultazione sul sito web dedicato iononet.ingv.it. Gli ionogrammi elaborati e i parametri ionosferici saranno disponibili dopo l’analisi e la validazione in corso.

Potenzialità e applicazioni della rete IonoNet

I dati continui e multipunto che la rete produce consentono diverse applicazioni scientifiche e operative:

• Previsioni del “Meteo Spaziale” (Space Weather): il “tempo meteorologico spaziale” descrive le condizioni dell’ambiente spaziale influenzate dall’attività solare. Durante le tempeste solari, la ionosfera può subire forti perturbazioni, con effetti sulle comunicazioni radio e sui sistemi di navigazione satellitare. IonoNet funge da sentinella, con la capacità di emettere allerte in tempo reale in caso di condizioni ionosferiche perturbate, ad esempio nell’ambito di sistemi europei per la navigazione aerea. Inoltre, i suoi dati continui sono ideali per essere assimilati nei modelli di previsione, migliorandone l’accuratezza.
• Accoppiamento litosfera-ionosfera: è oggetto di studio l’ipotesi che processi nella crosta terrestre (la litosfera) prima di un forte terremoto, possano generare anomalie nella ionosfera. Il monitoraggio continuo offerto da IonoNet rappresenta uno strumento utile per analizzare e verificare questi fenomeni.
• Mappatura e validazione: la rete consente la mappatura su larga scala della ionosfera e la validazione dei modelli globali. Una volta a regime, questi dati potranno essere integrati in reti operative internazionali come il GIRO (Global Ionosphere Radio Observatory).

IonoNet rappresenta un’infrastruttura avanzata per lo studio della ionosfera e offre nuove opportunità per l’analisi dei processi che la governano su scala regionale ed europea.