Tempeste solari e GPS

Spettacolari aurore boreali e australi, ma anche blackout radio e problemi ai sistemi di navigazione Gps: sono questi gli effetti della tempesta magnetica che si è verificata nei giorni scorsi sulla superficie solare. Un evento di intensità così forte da causare problemi alle comunicazioni e all’uso del segnale GPS in molte aree del pianeta. Si tratta secondo gli esperti della più potente eruzione solare degli ultimi 11 anni ed è stata classificata G4 nella scala da 1 a 5.

L’effetto delle tempeste solari è particolarmente visibile nelle regioni polari con fenomeni scenografici come le aurore, ma l’interazione dell’atmosfera con le particelle cariche provenienti dalle tempeste solari può anche mettere a rischio l’uso dei sistemi di posizionamento e navigazione e dei relativi servizi. Tali servizi sono particolarmente importanti nelle aree polari a causa dell’assenza di altre infrastrutture e dell’ostilità dell’ambiente, per cui vengono utilizzati per la guida di mezzi e persone. La conoscenza del verificarsi di questi fenomeni, che minano l’affidabilità delle posizioni ottenute, è dunque fondamentale.

La tomografia ionosferica basata sui segnali che provengono dalle costellazioni di satelliti per la navigazione è uno dei metodi per studiare il comportamento degli strati alti dell’atmosfera. I risultati ottenuti vengono utilizzati per elaborare modelli affidabili e comprendere meglio i complessi fenomeni fisici che generano le tempeste geomagnetiche, non solo in aree polari.

I ricercatori del gruppo NavSAS del Politecnico di Torino – Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni e dell’Istituto Superiore Mario Boella (ISMB) stanno monitorando le misurazioni di una rete di stazioni GPS e Galileo che negli ultimi anni è stata installata in varie aree del mondo. Inoltre, conducono da tempo attività di ricerca che mirano a progettare strumenti di navigazione satellitare sempre più robusti e capaci di resistere a fenomeni come quelli in corso in questi giorni.

I dati delle stazioni vengono utilizzati e studiati anche dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), con il quale il gruppo NavSAS collabora ormai da anni in molti progetti nazionali ed europei.

Una rete globale

Grazie al progetto DemoGRAPE finanziato dal Programma Nazionale Ricerche in Antartide, il NavSAS ha potuto infatti installare in Antartide una coppia di stazioni, che ricevendo il segnale del nuovo sistema di navigazione satellitare europeo Galileo, oltre al GPS, rilevano la presenza di scintillazioni ionosferiche e altre anomalie atmosferiche.

Da tempo è inoltre attiva una stazione presso il Centro Navis della Hanoi University of Science and Technology di Hanoi, Vietnam. Il Centro, fondato grazie al contributo di fondi di ricerca europei e alla collaborazione di studiosi italiani, spagnoli e vietnamiti, ospita alcuni ricevitori GPS e Galileo in grado di raccogliere dati per caratterizzare il comportamento degli strati alti della ionosfera a basse latitudini. Il Centro NAVIS è anche inserito nella rete di monitoraggio che il Joint Research Centre dell'Unione Europea utilizza per monitorare l'effetto dei disturbi ionosferici sui servizi di posizionamento offerti da Galileo.

La più recente installazione è stata fatta presso la Mackenzie University a São Paulo, Brasile, in collaborazione con il Centro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie.

Prime osservazioni

Le figure riportano l’andamento dell’indice di scintillazione S4, che valuta la variazione dell’ampiezza del segnale di diversi satelliti GPS, causata da fenomeni ionosferici. Il confronto tra le figure evidenzia il considerevole aumento dell’attività durante la notte tra il giorno 7 e il giorno 8 settembre, rispetto alla notte precedente. I dati sono stati acquisiti dalla stazione di monitoraggio installata presso la Mackenzie University (São Paulo, Brasile).Comportamenti analoghi si riscontrano in tutte le altre stazioni.