Una tecnologia secolare che gli scienziati usano per sondare la ionosfera, l'importante strato atmosferico che può interferire con la trasmissione delle onde radio, sta diventando sempre più piccola.

Un team di scienziati e ingegneri della NASA presso il Goddard Space Flight Center di Greenbelt, Maryland, sta aggiornando e miniaturizzando l'elettronica su uno strumento prototipo, chiamato la concentrazione rispetto all'altezza per un sirena elettromagnetica orbitante, o ECHI. Il dispositivo potrebbe essere utilizzato per "suonare" la ionosfera da un osservatorio a terra o, in definitiva, da una costellazione di CubeSats.

Lo strato ionosferico, che è elettricamente caricata o ionizzata principalmente dalla radiazione ultravioletta estrema proveniente dal sole durante il giorno o dal bombardamento dei raggi cosmici durante la notte, è di interesse per gli scienziati per il ruolo che svolge nella trasmissione delle onde radio.

A seconda della concentrazione di elettroni nella ionosfera e della frequenza delle onde radio, lo strato riflette le onde radio sulla Terra, piuttosto che permettere loro di fuggire nello spazio. Però, brillamenti solari, l'eruzione spontanea di radiazioni ad alta energia dalla superficie del sole, può causare un forte aumento del numero di particelle ionizzate, modificando così l'altezza e la densità delle particelle.

"La gravità spinge il plasma più denso (gas ionizzato) verso la Terra ad altitudini più basse che sono meno dense. Questa è una configurazione instabile, " ha affermato Mark Adrian, ricercatore principale di ECHOES e scienziato di Goddard. "Questo movimento porta a un turbolento rimescolamento della ionosfera, non diversamente dal versare la panna nel caffè mattutino. Ciò produce irregolarità di densità o strutture che riflettono e rifrangono le onde radio, ciò che chiamiamo semplicemente interferenza".

Per determinare la densità elettronica verticalmente nella ionosfera, gli scienziati hanno usato a lungo le sirene radio, in sostanza, stazioni radio dedicate. Una gamma di frequenze radio diverse viene diretta verticalmente verso la ionosfera e un ricevitore quindi raccoglie e misura i valori dei segnali o degli echi di ritorno.

Il piano immediato è quello di utilizzare ECHOES a terra, contribuendo a una rete di strumenti che supportano la previsione spazio-tempo e la mappatura in tempo reale della ionosfera. Però, gli strumenti potrebbero anche volare nello spazio, Per esempio, in una costellazione di CubeSat che renderebbe simultanea, sondaggi multipunto della parte superiore dell'avvolgente ionosfera terrestre, che si trova da 46 a circa 621 miglia sopra la superficie terrestre.

La tecnica del suono ha almeno un secolo. Però, non è stato fino agli albori dell'era spaziale che la tecnica è stata applicata a razzi sonori e missioni satellitari a tutti gli effetti, come l'Alouette 1, costruito in Canada e lanciato dalla NASA nel 1962. Più recentemente, La NASA ha lanciato il Radio Plasma Imager in una missione chiamata Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration, o IMMAGINE. Anche, il laboratorio di propulsione a getto, in collaborazione con i suoi partner europei, fornito un altro sirena, il radar avanzato di Marte per il sottosuolo e il sondaggio ionosferico, per la missione Mars Express dell'Agenzia spaziale europea.

"Fondamentalmente, quello che stiamo facendo è miniaturizzare una tecnologia di elaborazione del segnale di un ricevitore radio vecchio di 100 anni, ", ha affermato il co-investigatore principale di ECHOES Damon Bradley, che ha guidato lo sviluppo del sistema di elaborazione del segnale digitale per il radiometro su Soil Moisture Active Passive della NASA, o missione SMAP, che tiene traccia dei livelli globali di umidità del suolo. "ECHOES è essenzialmente un radar a bassa frequenza che utilizza l'elaborazione del segnale digitale basata sullo spazio, come su SMAP, ma per sondare la ionosfera invece di mappare i livelli globali di umidità del suolo".

Prima che lo strumento miniaturizzato possa volare nello spazio, però, il team deve dimostrare di essere in grado di ottenere misurazioni di densità in un ambiente pertinente. Come parte del suo sforzo di sviluppo tecnologico, il team prevede di integrare l'elettronica ECHOES ei sistemi di antenna con altri strumenti hardware ed eseguire un test presso l'Osservatorio geofisico e astronomico di Goddard entro la fine dell'anno.

"Una dimostrazione di successo dello strumento ECHOES metterebbe Goddard in una posizione unica per competere per altre future opportunità eliofisiche o planetarie, in particolare quelli coinvolti CubeSat o piattaforme di piccoli satelliti, " disse Adriano.