Il meccanismo di riflessione delle onde radio nella ionosfera fa in modo che, per una data frequenza, la comunicazione non sia possibile al di sotto di una certa distanza, detta distanza di skip. D’altra parte, ad una certa distanza, la comunicazione non è possibile al di sopra di una certa frequenza detta Maximum Usable Frequency (MUF). La ricerca basata su dati da ionosonde ha permesso di ottenere diversi tipi di prodotti destinati ad utenti di radiocomunicazioni. In questi prodotti i risultati delle elaborazioni effettuate applicando vari modelli matematici, sono resi fruibili al pubblico visualizzandoli in forma di mappe.
Un metodo standard per valutare le capacità radipropagative della ionosfera è quello di considerare la massima frequenza utilizzabile su un radiocollegamento di 3000 km, indicata con MUF(3000). Anche la variazione della MUF(3000) rispetto ad un valore di riferimento, variazione dovuta ai fenomeni di Space Weather dianzi menzionati, è una tecnica che consente di valutare le caratteristiche radiopropagative della ionosfera.
Figura 1. Esempio di mappa di MUF e distanza di skip sull’area italiana per diversi punti di trasmissione, con centro di trasmissione posto a Roma.
Si sta inoltre esplorando la possibilità di generare mappe di densità elettronica in tempo reale nell’area italiana assimilando i profili di densità elettronica forniti automaticamente da Autoscala dalle ionosonde installate negli osservatori di Roma e Gibilmanna.
Figura 2. Mappe di foF2 sull’area Europea attraverso l’assimilazione di dati di TEC delle reti RING e EUREF. L’uso congiunto di dati da ionosonda e da ricevitori GNSS ha permesso di conseguire mappe di foF2 sull’area Europea attraverso l’assimilazione di dati di TEC delle reti RING e EUREF. Le stelle sulla mappa rappresentano le ionosonde i cui dati sono stati utilizzati per testare il modello.
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Figura 3. Mappe in tempo reale di MUF(3000) e di variazione di MUF(3000) nell’area europea. Le mappe in tempo reale di MUF(3000) vengono sviluppate utilizzando i dati acquisiti da 11 diverse ionosonde situate nell’area europea ed applicando tecniche di interpolazione spaziale. La mappe di variazione della MUF(3000) vengono ricavate dal rapporto tra i valori di MUF(3000) e i valori di background, identificando eventuali aree di forte depressione della MUF(3000).
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Figura 4. Mappe di previsione di MUF(3000) e di variazione di MUF(3000) nell’area europea. Le mappe della MUF(3000) vengono calcolate utilizzando il modello EUROMAP. La mappe di variazione della MUF(3000) prevista vengono ricavate dal rapporto tra i valori di MUF(3000) e i valori di background, identificando eventuali aree di forte depressione della MUF(3000) . Forti diminuzioni di MUF(3000) rispetto al background sono quelle più importanti da un punto di vista pratico. La linea fittizia riportata sulle mappe delimita la parte illuminata dalla parte in ombra dell’area considerata. Nella figura un esempio di mappe di MUF(3000) nell’area europea per una previsione rispettivamente a + 1ora (in alto a sinistra) , +12 ore (in alto a destra) e +24 ore (in basso a sinistra) con le rispettive mappe di variazione.
Parametri termosferici estratti da dati da ionosonda
Centinaia di satelliti in orbita intorno alla Terra sono soggetti a resistenza atmosferica, che influenza I loro parametri orbitali, durante un'elevata attività geomagnetica. Pertanto lo sviluppo di metodi per monitorare gli effetti di resistenza atmosferica sui satelliti è un problema di interesse rilevante. Le osservazioni dirette della termosfera sono tecnicamente molto complicate e costose. Recentemente è stato proposto un metodo originale (THERION) per recuperare i parametri termosferici dalle osservazioni di ionosonde. I parametri recuperati sono: concentrazioni di ossigeno atomico [O], azoto molecolare [N2], e ossigeno [O2], temperatura esosferica e velocità del vento termosferico in direzione nord-sud.THERION può essere considerato uno strumento utile per da diversi punti di vista, quali quelli qui riportati.
Interpretazione automatica di ionogrammi
La ionosfera ha la proprietà di riflettere le onde radio. Gli ionogrammi sono dei tracciati che riportano sull’asse delle ascisse la frequenza di una onda radio inviata verso la ionosfera e, sull’asse delle ordinate, una altezza che è proporzionale al tempo che essa ha impiegato a percorrere il tragitto terra-ionosfera-terra. Gli ionogrammi contengono una grande quantità di informazioni riguardanti la struttura delle diverse regioni ionosferiche e le irregolarità che sovente vi si osservano. La sfida contemporanea è quella di ricavare queste informazioni in tempo reale, con sempre migliore affidabilità, attraverso sistemi di interpretazione automatica. L’ INGV ha raccolto per tempo tale sfida ed ha sviluppato un software proprietario detto Autoscala, che è oggetto di continui miglioramenti.