Una ricerca coordinata dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia in collaborazione con il Politecnico di Torino ha aperto una nuova finestra di osservazione sulla “meteorologia spaziale”, riuscendo per la prima volta a studiare l’ambiente di plasma terrestre da un punto di vista inedito: la superficie della Luna. Lo studio, condotto nell’ambito dell’esperimento LuGRE (Lunar GNSS Receiver Experiment) e pubblicato sulla rivista scientifica Geophysical Research Letters, sfrutta i segnali dei sistemi di navigazione satellitare come GPS e Galileo per “illuminare” dall’esterno la ionosfera e la plasmasfera terrestri.
Il ricevitore LuGRE è stato installato a bordo del lander Blue Ghost 1 della Firefly Aerospace, nell’ambito di una collaborazione tra la NASA e l’Agenzia Spaziale Italiana. Il lander è partito nel gennaio 2025 e ha raggiunto la superficie lunare nel marzo dello stesso anno, atterrando nel Mare Crisium.
Per la prima volta, dunque, la ionosfera e la plasmasfera – gli strati di particelle cariche che avvolgono la Terra – non sono state osservate “dal basso”, come avviene con satelliti e strumenti terrestri, ma “dall’esterno”, dalla Luna. I segnali GNSS hanno infatti attraversato il plasma terrestre lungo traiettorie estremamente lunghe, superiori ai 380mila km, prima di essere intercettati dal ricevitore lunare.
Questa geometria di osservazione, paragonabile a una sorta di “radiografia laterale” del sistema Terra-Spazio, ha permesso di indagare una regione finora difficilmente accessibile: la fascia di transizione tra circa 1.000 e 8.000 km di quota, dove si incontrano ionosfera e plasmasfera. Si tratta di una zona in gran parte “cieca” per le tecniche tradizionali, ma cruciale per comprendere i processi che influenzano la propagazione dei segnali satellitari. Proprio il contenuto di plasma in questa regione può incidere in modo significativo sulla qualità delle comunicazioni e della navigazione: fino al 60% del ritardo notturno dei segnali GNSS sarebbe infatti legato alla densità di particelle cariche presenti lungo il percorso.
Per ricostruire queste dinamiche, i ricercatori hanno analizzato il contenuto elettronico totale (TEC) dei segnali GPS e Galileo, confrontandolo con le simulazioni del Global Core Plasma Model. I risultati confermano la validità generale del modello nel descrivere la struttura del plasma terrestre, ma evidenziano anche scostamenti rilevanti nella regione di transizione. In particolare, durante il giorno il modello tende a sovrastimare la densità del plasma, mentre nelle ore notturne le misurazioni indicano valori più elevati rispetto alle previsioni. Lo studio ha inoltre rivelato strutture fini della densità elettronica non previste dalle simulazioni e ha permesso di individuare con maggiore precisione il confine geometrico della plasmasfera, distinguendo tra aree più dense alle basse latitudini e regioni più rarefatte verso i poli.
Nel complesso, i risultati indicano che la superficie lunare può rappresentare un punto di osservazione privilegiato per lo studio globale del plasma terrestre. Quella realizzata con LuGRE è una dimostrazione di principio, basata sull’uso opportunistico dei segnali GNSS, ma apre la strada a scenari più ambiziosi: una rete di osservazione permanente sulla Luna potrebbe consentire un monitoraggio continuo e tridimensionale dell’ambiente di plasma terrestre, migliorando la comprensione dei fenomeni di space weather e delle loro ricadute su satelliti, telecomunicazioni e sistemi di navigazione.
“Per la prima volta abbiamo usato la Luna come punto di vista per osservare il plasma che circonda la Terra, colmando una lacuna osservativa che resisteva da decenni”, spiega Claudio Cesaroni, primo ricercatore dell’INGV e primo autore dello studio. “Le differenze che troviamo rispetto ai modelli ci dicono che la rappresentazione attuale dell’ambiente circumterrestre deve ancora essere o affinata”.
“Questo lavoro nasce da una collaborazione tra geofisica e ingegneria della navigazione satellitare”, continua Claudio Cesaroni. “La geometria Terra-Luna ci rende particolarmente sensibili alle quote più alte, dove il contributo della plasmasfera è dominante e più difficile da misurare con gli strumenti convenzionali”.
Lo studio è frutto della collaborazione tra l’INGV e il Politecnico di Torino, e si è avvalsa del supporto del Centro di Osservazioni Spaziali della Terra (COS) dell’INGV.