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Quando il Sole ci fa disorientare

Illustrazione di un satellite Gps. Crediti: Nasa.

Vi state aggirando in un luogo sconosciuto. Il Gps, fino a poco prima perfettamente funzionante, inizia a diventare man mano più impreciso, finché il segnale non viene perso completamente. Il malfunzionamento non riguarda un solo dispositivo, ma tutti quelli vicini a voi. È l’effetto di una tempesta geomagnetica.

Come funziona il Gps

Per fornire la vostra posizione in tempo reale, il sistema di localizzazione calcola il tempo di propagazione di vari segnali elettromagnetici trasmessi tra uno o più satelliti in orbita e un ricevitore a terra. Conoscere il tempo equivale a sapere la distanza percorsa dal segnale corrispondente: per ottenere quest’ultima, basta moltiplicare il tempo per la velocità di propagazione del segnale, la ben nota velocità della luce. Nel fare tutto questo, occorre tenere in considerazione diversi effetti che provocano ritardi nel segnale. Uno di questi è il cosiddetto ritardo ionosferico: attraversando la ionosfera, lo strato dell’atmosfera in cui le particelle non sono combinate in atomi neutri, il segnale elettromagnetico viene rallentato.

Tempeste geomagnetiche: le nemiche del Gps

Il ritardo ionosferico risulta essere all’incirca proporzionale a una quantità nota come total electron content (Tec), avente a che fare con il numero di elettroni in cui il segnale si imbatte nel suo cammino: più alto è il Tec, maggiore è il ritardo del segnale. Qui si cela l’insidia: eventi solari di una certa rilevanza si traducono spesso in una tempesta geomagnetica, capace di perturbare il campo magnetico terrestre per un tempo prolungato. Le tempeste geomagnetiche generano fenomeni di precipitazione di particelle dallo spazio sovrastante nella ionosfera; questi provocano un aumento del Tec e dunque del ritardo ionosferico: la variazione del numero di elettroni nella ionosfera modifica il tempo di propagazione dei segnali elettromagnetici, peggiorando la precisione della localizzazione fornita dal Gps.

Un altro problema ha origine dal fatto che le perturbazioni indotte da una tempesta geomagnetica modificano la struttura della ionosfera, che diviene non più omogenea come in condizioni di quiete. Il segnale elettromagnetico del Gps, propagandosi al suo interno, subisce pertanto delle alterazioni, un fenomeno noto come scintillazione. Questo nome suggestivo è dovuto al fenomeno analogo subito dalla luce dei corpi celesti, la quale, vista dalla Terra attraverso l’atmosfera, sembra sfavillare. La scintillazione è tutt’altro che infrequente, specialmente nelle regioni alle alte latitudini, dove si registra in maniera pressoché costante. Nei casi più estremi, essa può persino provocare la perdita del segnale Gps.

Soluzioni

Dal momento che il Gps viene adoperato anche per procedure che richiedono una precisione estrema nella localizzazione, occorre fare uso di tecniche che possano ridurre l’errore dovuto al ritardo ionosferico, o quantomeno avvertire quando il calcolo della posizione è affetto da imprecisioni oltre una data soglia. Tra le prime è diffuso l’uso di ricevitori a doppia frequenza, i quali, tramite la ricezione di segnali a due frequenze diverse e il loro confronto, permette di rimuovere gran parte del ritardo ionosferico.

Ciò che sicuramente non può mancare è il monitoraggio dello space weather e delle condizioni dell’alta atmosfera più in generale. Nel futuro prossimo si auspica di sviluppare un servizio di previsioni del meteo spaziale per il grande pubblico: entro qualche anno, magari, sarà la notifica di un’app per smartphone a informarci sul perché Google Maps ha smesso di funzionare.

Immagine in evidenza: illustrazione di un satellite Gps. Crediti: Nasa.

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