L’utilizzo dei segnali GNSS (Global Navigation Satellite Systems, tra cui il più famoso GPS, ma anche il sistema europeo Galileo) per monitorare, e quindi studiare, la ionosfera si è dimostrato molto efficace. Al passaggio nella ionosfera i segnali GNSS vengono modificati in ampiezza e frequenza e questo, se da un lato costituisce una minaccia al posizionamento satellitare in occasione di eventi di space weather, dall’altro fornisce informazioni sulla porzione di ionosfera attraversata. Questo perché quando i segnali GNSS passano attraverso la ionosfera le proprietà elettromagnetiche dell’atmosfera a quelle quote provocano due effetti: un effetto di deviazione della direzione e della velocità di propagazione del segnale, dovuto alla variazione dell’indice di rifrazione del mezzo, e un effetto occasionale ma non raro: la degradazione dei segnali GNSS dovuta alle scintillazioni ionosferiche.Le scintillazioni ionosferiche sono fluttuazioni rapide dell’intensità dei segnali GNSS registrati dal ricevitore a terra o a bordo di satelliti a bassa orbita, dovute al passaggio attraverso la ionosfera disturbata. Una distribuzione non omogenea degli elettroni liberi, con regioni della ionosfera che contengono zone ad alta e bassa densità elettronica, è proprio quella “irregolarità” ionosferica che provoca le scintillazioni. L’INGV mantiene e gestisce una rete di ricevitori GNSS appositamente configurati per monitorare la ionosfera. La rete è globale, comprendendo siti artici, antartici e posti a medie e basse latitudini. La rete artica, in particolare, installata nel 2003 con il primo ricevitore ospitato presso la base “Dirigibile Italia” del CNR, copre il settore ionosferico sopra il nord della scandinavia continentale e sulle isole Svalbard e vanta la più lunga serie storica di dati di scintillazioni mai collezionata alle alte latitudini.
Figura 5. Rappresentazione della ionosfera quieta e disturbata e relativo effetto sui segnali GNSS.
Questa rete di ricevitori, unitamente a tutti gli altri ricevitori GNSS “tradizionali” (installati principalmente per studi di geodesia) distribuiti su tutto il globo terrestre forniscono, quindi, dati fondamentali per lo studio della morfologia e della dinamica della ionosfera. L’INGV, ormai da quasi venti anni, si occupa dell’utilizzo di questi dati in progetti di ricerca che mirano a comprendere meglio l’effetto dei disturbi solari e geomagnetici sull’alta atmosfera soprattutto in caso di eventi estremi quali sono le grosse tempeste solari dovute all'emissione di massa coronale. Inoltre, l'istituto si occupa dello sviluppo di nuovi algoritmi per il monitoraggio continuo e la previsione del Contenuto Elettronico Totale (TEC) e degli indici di scintillazione su scala regionale e globale allo scopo di fornire allerte (eswua.ingv.it ) agli utenti interessati (aviazione, agricoltura di precisione, etc.) in caso di un evento che possa impattare sulle attività di interesse.
Figura 7. Mappa di Contenuto Elettronico Totale elaborata a partire dai dati GNSS forniti dalla rete RING
Qui un video introduttivo all'argomento