Viaggio nel mondo delle onde elettromagnetiche: un’onda radio può fare il giro del mondo?

Mappa dell’illuminamento solare il 22 Dicembre alle 7h 00’ CET

di Saverio Spinelli – Finisce oggi il nostro Viaggio nel mondo delle onde elettromagnetiche, con un ultimo articolo dedicato alle conclusioni e all’ipotesi che un’onda radio possa fare il giro del mondo.

Un aspetto affascinante  della propagazione ionosferica in onde corte è il fatto che talvolta risulta più semplice collegarsi con una stazione situata agli antipodi, come la Nuova Zelanda, piuttosto che con una situata  a poche centinaia di chilometri da casa propria.

Per comprendere l’argomento facciamo alcune precisazioni, che sono peraltro la deduzione di quanto già detto in precedenza.

Chiediamo al lettore di metabolizzare questi punti, già trattati in precedenza,  al fine di avere  una visione più chiara nel prosieguo (fermo restando che entrano comunque in gioco anche altri parametri):

  1. Di giorno è presente lo strato D della ionosfera (quello più basso) che assorbe gran parte delle onde incidenti a frequenza più bassa (quindi, di giorno, per poter effettuare collegamenti a lunga distanza  è opportuno  usare frequenze più alte).
  2. Di notte, l’onda a frequenze più basse (non essendovi più lo strato D della ionosfera), riesce a raggiungere gli strati più alti del ionosfera per poter essere riflessa (quindi, di notte, è possibile ottenere collegamenti a lunga distanza anche su  frequenza basse).
  3. Le onde a frequenza più alta non risentono della presenza dello strato D e quindi transitano verso gli strati più alti, senza risentire di fenomeni di assorbimento;  ma, se la ionizzazione non è adeguata (e ciò accade essenzialmente di notte e nei periodi di scarsa  attività solare), superata una certa frequenza, le onde “bucano”  la ionosfera e si disperdono nello spazio(quindi  bisogna operare alle frequenze più alte, ma  non oltre certi limiti).

In pratica  la possibilità di un collegamento radio terrestre a grande distanza, al di là delle specifiche caratteristiche delle stazioni ricetrasmittenti utilizzate (potenza e antenne),   è dettata sostanzialmente dalla condizione che  si riesca a sfruttare la riflessione atmosferica, evitando condizioni di assorbimento (che  sappiamo peraltro essere massime nelle ore diurne).

E cioè dipende anche dal percorso dell’onda radio, più specificatamente se questo si sviluppa in zone illuminate dal sole o meno.

Riepilogando, tenuto conto dell’attività solare  e della stagione,  parametri rilevanti per la possibilità di propagazione ionosferica sono:

  1. la frequenza di lavoro
  2. il percorso del segnale (cioè la direzione di irradiazione, nel caso di utilizzo di antenne direttive)
  3. gli orari locali delle due stazioni

Tralasciando la scelta della frequenza di lavoro (che è un argomento complesso), e concentriamoci sui precedenti punti 2 e 3.

Diamo ora uno sguardo alla figura 39. Questa è una cartina azimutale della terra, centrata sull’Europa.

Questa mappa è una proiezione stereografica del mappamondo e ci indica la via più breve che un aereo deve percorrere per spostarsi dall’Europa verso un’altra parte della terra.

Infatti vediamo che per andare a New York (che si trova alla stessa latitudine di Napoli), non dobbiamo viaggiare verso Ovest (come a molti verrebbe  spontaneo pensare) , bensì verso Nord  Ovest, passando sull’Irlanda: infatti andando in questa direzione faremmo il percorso più breve.

Anche le onde radio, per andare da un punto all’altro della terra, scelgono normalmente la via più breve e di ciò  bisogna tenerne conto nel puntamento delle antenne, utilizzando  una cartina azimutale centrata quanto più possibile sulla propria località.

Fig. 40 mappa dell’illuminamento solare

Adesso vediamo un’altra mappa, quella in figura 40.

Questa carta non è fissa, bensì cambia continuamente, riproponendosi identica a distanza esatta di 365 giorni ed alla stessa ora. Infatti è realizzata in base alla posizione apparente del sole rispetto alla terra  e ci mostra le zone illuminate (e non) dalla luce solare ad un preciso orario di un determinato giorno.

Questa cartina veniva una volta realizzata su una base di cartoncino o plastica, graduata secondo le 24 ore, su cui si faceva scorrere una slide, diversa per ogni singolo mese, in base all’orario desiderato. Oggi ne esistono versioni per PC e sul web è possibile lavorare su un’applicazione con cui è possibile impostare qualsiasi ora e data nella mappa dinamica all’indirizzo web (http://www.daylightmap.com/index.php).

La sua importanza ai fini dei collegamenti radio a lunga distanza risiede nel fatto che la mappa ci mostra la situazione di illuminamento solare nelle zone di nostro interesse (cioè stazione trasmittente, ricevente e percorso del segnale) e quindi, conoscendo  se siano prevalenti fenomeni di assorbimento o probabilità di riflessione ionosferica, essa ci consente di sapere se un determinato collegamento è possibile o quanto meno probabile, oppure no.

In termini pratici, con riferimento alla figura 36 (e ferma restando la soddisfazione di altre condizioni qui non considerate),  potremmo verificare che:

  • per un collegamento tra Europa occidentale e il Sud America o l’India, risulta impossibile l’utilizzo delle frequenze più basse, essendo il percorso del segnale tutto o in parte in zone illuminate dal sole (quindi in presenza di assorbimento dello strato D);
  • per il medesimo motivo, il collegamento con il Sud America potrebbe essere possibile su una frequenza alta (purché entro quella limite);
  • pur usando una frequenza più alta, il collegamento con l’India, invece potrebbe non essere comunque possibile: il percorso avviene infatti in gran parte in zone buie e quindi con minori probabilità di riflessioni (causa la minore ionizzazione notturna).

C’è da aggiungere che la linea di demarcazione tra giorno e notte, a causa della presenza dell’atmosfera (che produce effetti di diffusione della luce) non è una linea netta, bensì una fascia.

Questa fascia ha una larghezza di circa 1000/2000 Km e definisce una  zona grigia, in cui le caratteristiche di ionizzazione sono una via di mezzo tra quelle tipiche delle zone buie e di quelle illuminate.

Infatti nella parte di ionosfera appartenente a questa fascia lo strato a D comincia a scomparire, mentre gli strati più alti continuano ancora a mantenere un adeguato livello di ionizzazione.

In pratica,  in un percorso di propagazione attraverso la zona grigia, il segnale non è assorbito ( o lo è poco) e, nello stesso tempo, è più probabilmente riflesso.

Pertanto ottime probabilità di collegamento sono sempre possibili allorquando le due stazioni corrispondenti si trovano entrambe sulla linea grigia.

In queste condizioni l’onda radio è persino in grado, in caso eccezionali,  di  fare  il giro del mondo, propagandosi lungo la linea grigia fino al punto di emissione!

Normalmente, su percorsi d’onda lungo la linea grigia, risulta molto facile collegarsi con l’altra parte del mondo per la via più lunga: tanto per fare degli esempi, quando si verificano le condizioni idonee, si possono effettuare, dall’Europa, collegamenti affidabili con il Giappone via Sud Ovest o la California via Sud Est, compiendo un percorso di 30.000 Km.

Vediamo adesso  il caso in cui due stazioni si trovino più o meno agli antipodi, come approssimativamente vale per l’Italia con la Nuova Zelanda.

Fig 41 mappa dell’illuminamento solare il 22 Dicembre alle 7h 00’ CET

Riprendiamo la nostra mappa dinamica mappa dinamica all’indirizzo web (http://www.daylightmap.com/index.php) e impostiamola per il 22 Dicembre alle ore 7h 00’ CET (Fig. 41): in Italia siamo all’alba e in Nuova Zelanda si è invece al tramonto. La linea grigia unisce le due località.  Il collegamento radio è pertanto molto probabile e l’esperienza ci ha insegnato che non solo è probabile, ma anche estremamente affidabile e con una forza di segnale a volte incredibile, più che in qualsiasi altro collegamento realizzato sfruttando genericamente la linea grigia.

Perché proprio solo nei collegamenti  antipodali si presenta questa “anomalia”?

Ritorniamo adesso alla carta azimutale in figura 35. Vediamo che la Nuova Zelanda  è raffigurata (oltre l’Australia), come una lunga striscia di terra,  molto più grande di quanto non lo sia in realtà: questo è un effetto della proiezione sul piano di una mappa sferica, effetto per cui le proporzioni delle aree si deformano a dismisura man mano che ci si allontana dal punto di centramento della mappa stessa.

Al limite, un punto situato esattamente agli antipodi verrà rappresentato da una linea curva  continua sul limite esterno dell’intera mappa (infatti, per “volare” agli antipodi è ininfluente, ai fin della distanza,  la direzione da prendere). In tal caso è come se  le due antenne si “vedessero” vicendevolmente come due oggetti infintamente grandi.

Ma questa è una conclusione, certamente ardita e che non trova conferma in nessuna  teoria ufficiale, ma che tuttavia potrebbe spiegare il fenomeno, più volte riscontrato  nella pratica da parte di chi, come me,  ha effettuato per anni e  fin da ragazzo sperimentazioni sulle onde corte.

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