Radar artici ad allineamento di fase portano la ricerca sullo spazio vicino alla Terra al livello successivo
EISCAT3D fornisce una nuova e potente infrastruttura di ricerca, usando le osservazioni radar per studiare in che modo l’atmosfera della Terra si collega con lo spazio attorno al pianeta, oltre a fornire un maggiore supporto ai campi scientifici riguardanti il sistema solare e la radioastronomia. Utilizzando una versatile tecnologia informatica, esso aiuterà anche nuove aree della ricerca, come per esempio le misurazioni delle micrometeoriti e l’acquisizione di immagini degli asteroidi. La fase di implementazione del progetto, conclusasi di recente e ribattezzata EISCAT3D_PfP, ha definito l’approccio necessario per EISCAT3D al fine di effettuare le sue dettagliate misurazioni tridimensionali della porzione ionizzata della parte superiore dell’atmosfera. Radar che si spingono ben oltre La posizione dello strumento EISCAT3D è sotto una regione dove l’accoppiamento tra l’atmosfera e lo spazio è più diretto e dinamico, la zona delle aurore notturne nell’Artide della Fenno-Scandinavia. Come spiega il coordinatore del progetto, il dott. Craig Heinselman, “Quando guardiamo l’aurora o la misuriamo con strumenti ottici, noi stiamo osservando gli effetti delle particelle cariche guidate in parte dal campo magnetico della Terra, mentre esse depositano grandi quantità di energia e di momento sulla parte superiore dell’atmosfera neutra. Questo è impressionante da vedere, ma rappresenta solo una parte della storia, perché dell’energia finisce anche a ionizzare l’atmosfera.” EISCAT3D consentirà agli scienziati di osservare i risultati di questa ionizzazione atmosferica e di utilizzare ioni ed elettroni come traccianti dei processi che la controllano, come per esempio i campi elettrici. Si spera che il fatto di seguire il fenomeno mentre accade porti a una migliore comprensione di dove va a finire l’energia, come essa interagisce con il sistema nel suo insieme e quale impatto produce. Il progetto è stato concepito con radar ad allineamento di fase. La modifica dei sistemi elettronici dei radar, sia per la trasmissione che per la ricezione, li rende capaci di cambiare la loro direzione molto rapidamente. Se necessario, questa progettazione consente al radar di guardare in una differente direzione ogni millesimo di secondo. Questo è molto diverso dai più tipici radar di forma parabolica, che sono solo in grado di guardare in differenti direzioni utilizzando grandi e potenti motori elettrici per spostare le loro pesanti antenne. Inoltre, due delle antenne di EISCAT3D funzioneranno solo in ricezione, e questo significa che oltre a seguire il rapido movimento del fascio del trasmettitore, esse saranno in grado di guardare nello stesso momento in 100 differenti direzioni. Questo consente loro di vedere simultaneamente i segnali trasmessi a tutte le altitudini, e non solo a una singola altitudine come accade con alcuni degli attuali sistemi in funzione. La strada verso le innovazioni nella ricerca sullo spazio vicino alla Terra Una considerevole sfida che il progetto EISCAT3D_PfP è stato in grado di superare è stata quella relativa alla capacità di sviluppare un sistema con sufficiente potenza di calcolo da soddisfare le specifiche della progettazione. Come ricorda il dott. Heinselman, “Quando è stato effettuato lo studio progettuale, semplicemente non era conveniente fornire 100 fasci stretti simultanei in ricezione, e quindi la progettazione iniziale ne supportava appena sette. Fortunatamente, i progressi compiuti, in particolare nella tecnologia dei dispositivi FPGA (field programmable gate array), hanno reso i 100 fasci pratici e convenienti.” Vista la necessaria precisione delle misurazioni, un’altra sfida è stata quella di costruire un sistema i cui orologi del computer interno non generassero un rumore in grado di coprire i segnali che si vogliono misurare. Un compito estremamente complesso visto che i segnali che il radar riceve, se messi assieme, sono circa 20 ordini di grandezza (0,000000000000000001 %) più piccoli rispetto al segnale trasmesso. La realizzazione dell’obiettivo di questo progetto ha richiesto non solo un’attenta progettazione, ma anche test dettagliati da parte del team del progetto. EISCAT3D_PfP ha ora dimostrato la fattibilità degli obiettivi del progetto EISCAT3D e ha dato avvio alla sua fase di implementazione. Secondo le previsioni, i sistemi di EISCAT3D saranno a disposizione degli scienziati entro la fine del 2021. Guardando al futuro, il dott. Heinselman afferma, “Dal momento che EISCAT3D è uno strumento scientifico per la ricerca è difficile dire in modo definitivo dove questo lavoro porterà, ma un settore molto promettente è per le basi scientifiche che supportano le previsioni degli effetti del meteo spaziale. Questi effetti hanno, e certamente continueranno ad avere, un impatto crescente su una società che dipende sempre di più dalle tecnologie situate nello spazio.”
Parole chiave
EISCAT3D_PfP, radar, vicino alla Terra, spazio, atmosfera, meteo, segnali, fascio, antenne, ionizzazione, ioni, elettroni, trasmissione, ricezione
