La NASA sta lanciando razzi da una remota isola del Pacifico per studiare misteriose strutture simili a nubi ad alta quota che possono interrompere i sistemi di comunicazione critici. La missione, chiamata Sporadic-E ElectroDynamics, o SEED, ha aperto la sua finestra di lancio di tre settimane dall’atollo di Kwajalein nelle Isole Marshall venerdì 13 giugno. Le caratteristiche atmosferiche studiate da SEED sono note come strati E Sporadici e creano una serie di problemi per le comunicazioni radio. Quando sono presenti, i controllori del traffico aereo e gli utenti radio navali potrebbero captare segnali da regioni insolitamente distanti, scambiandoli per sorgenti vicine. Gli operatori militari che utilizzano il radar per vedere oltre l’orizzonte potrebbero individuare falsi bersagli, soprannominati “fantasmi”, o ricevere segnali distorti e difficili da decifrare.
Gli strati E Sporadici si formano, si spostano e si dissipano costantemente, quindi queste interruzioni possono essere difficili da prevedere.
Come si formano
Gli strati E Sporadici si formano nella ionosfera, uno strato dell’atmosfera terrestre che si estende da circa 60 a 1.000 chilometri sopra il livello del mare. Sede della Stazione Spaziale Internazionale e della maggior parte dei satelliti in orbita attorno alla Terra, la ionosfera è anche il luogo in cui osserviamo i maggiori impatti della meteorologia spaziale. Principalmente influenzata dal Sole, la meteorologia spaziale causa una miriade di problemi alle nostre comunicazioni con i satelliti e tra i sistemi terrestri. Una migliore comprensione della ionosfera è fondamentale per il corretto funzionamento delle infrastrutture critiche.
La ionosfera prende il nome dalle particelle cariche, o ioni, che vi risiedono. Alcuni di questi ioni provengono da meteore, che bruciano nell’atmosfera e lasciano tracce di ferro, magnesio, calcio, sodio e potassio ionizzati sospesi nel cielo. Questi “metalli pesanti” sono più massicci dei tipici residenti della ionosfera e tendono a scendere a quote inferiori, al di sotto dei 140 chilometri. Occasionalmente, si aggregano per creare densi ammassi noti come strati E Sporadici.
“Questi strati E Sporadici non sono visibili a occhio nudo e possono essere osservati solo dai radar. Nei grafici radar, alcuni strati appaiono come nubi frammentate e gonfie, mentre altri si espandono, simili a un cielo coperto, che chiamiamo strato E Sporadico di copertura”, ha affermato Aroh Barjatya, ricercatore principale della missione SEED e professore di ingegneria fisica presso l’Embry-Riddle Aeronautical University di Daytona Beach, in Florida.
Il team SEED comprende scienziati dell’Embry-Riddle, del Boston College nel Massachusetts e della Clemson University nel South Carolina. “C’è molto interesse nel prevedere questi strati e comprenderne le dinamiche a causa di come interferiscono con le comunicazioni”, ha affermato Barjatya.
Un mistero all’equatore
Gli scienziati possono spiegare gli strati E Sporadici quando si formano alle medie latitudini, ma non quando compaiono vicino all’equatore terrestre, come nei pressi dell’atollo di Kwajalein, dove verrà lanciata la missione SEED.
Nell’emisfero settentrionale e meridionale, gli strati E Sporadici possono essere considerati come ingorghi di particelle. Immaginate gli ioni nell’atmosfera come automobiline in miniatura che viaggiano in fila indiana lungo le corsie definite dalle linee del campo magnetico terrestre. Queste corsie collegano la Terra da un’estremità all’altra, emergendo vicino al Polo Sud, curvando attorno all’equatore e rituffandosi verso il Polo Nord.
Alle medie latitudini terrestri, le linee del campo si inclinano verso il suolo, scendendo attraverso gli strati atmosferici con velocità e direzioni del vento variabili. Quando gli ioni attraversano questi strati, subiscono un wind shear, ovvero raffiche turbolente che causano l’aggregazione della loro linea ordinata. Questi accumuli di particelle formano gli strati E Sporadici.
Ma vicino all’equatore magnetico, questa spiegazione non funziona. Lì, le linee del campo magnetico terrestre corrono parallele alla superficie e non intersecano gli strati atmosferici con venti diversi, quindi gli strati E Sporadici non dovrebbero formarsi. Eppure, si formano, anche se meno frequentemente.
“Stiamo lanciando dal punto più vicino possibile all’equatore magnetico che la NASA può raggiungere per studiare la fisica che la teoria esistente non spiega completamente”, ha detto Barjatya.
La missione SEED
Barjatya ha sviluppato la missione SEED per studiare gli strati E Sporadici a bassa latitudine dall’interno. La missione si basa su razzi sonda, veicoli spaziali suborbitali senza equipaggio che trasportano strumenti scientifici. I loro voli durano solo pochi minuti, ma possono essere lanciati con precisione verso bersagli in fuga.
A partire dalla notte del 13 giugno, Barjatya e il suo team monitorano ALTAIR (ARPA Long-Range Tracking and Instrumentation Radar), un sistema radar terrestre ad alta potenza presso il sito di lancio, alla ricerca di segnali di sviluppo di strati E Sporadici. Quando le condizioni saranno favorevoli, Barjatya darà il comando di lancio. Pochi minuti dopo, il razzo sarà in volo.
Durante la salita, il razzo rilascerà traccianti di vapore colorati. Le telecamere a terra seguiranno i traccianti per misurare l’andamento del vento in tre dimensioni. Una volta all’interno dello strato E Sporadico, il razzo dispiegherà quattro sottocarichi: rilevatori miniaturizzati che misureranno la densità delle particelle e l’intensità del campo magnetico in più punti. I dati verranno trasmessi a terra durante la discesa del razzo.
Un’altra notte, durante la finestra di lancio, il team lancerà un secondo razzo quasi identico per raccogliere dati aggiuntivi in condizioni potenzialmente diverse.
Barjatya e il suo team utilizzeranno i dati per migliorare i modelli computerizzati della ionosfera, con l’obiettivo di spiegare come gli strati E Sporadici si formino così vicino all’equatore.
“Gli strati E Sporadici fanno parte di un sistema fisico molto più ampio e complesso che ospita risorse spaziali su cui facciamo affidamento ogni giorno”, ha affermato Barjatya. “Questo lancio ci avvicina alla comprensione di un altro elemento chiave dell’interfaccia tra Terra e spazio”.