Le società di tutto il mondo ora dipendono dai sistemi di navigazione satellitare, come GPS, per una moltitudine di applicazioni, compreso il trasporto, agricoltura, munizioni militari, servizi di emergenza, e social network, tra gli altri. Però, rischi naturali come il tempo spaziale possono disturbare i segnali di questi sistemi globali di navigazione satellitare (GNSS).

Per comprendere meglio tali interruzioni, Sole et al. hanno sviluppato un modello matematico che emula accuratamente le interruzioni dei segnali GNSS causate da un particolare fenomeno meteorologico spaziale:macchie irregolari a bassa densità nel plasma di ioni carichi che costituisce la ionosfera terrestre.

Queste macchie di plasma a bassa densità di solito si formano sopra l'equatore terrestre intorno al crepuscolo e sono conosciute come bolle di plasma equatoriali. Quando i segnali GNSS li incontrano, i segnali subiscono un tipo di modificazione nota come scintillazione ionosferica, che possono sbiadire la loro intensità al punto da non essere più rilevati da un ricevitore:il segnale potrebbe andare perso.

Molti satelliti GNSS utilizzano segnali a due frequenze diverse per contrastare lo sbiadimento provocato dalla scintillazione ionosferica, con una frequenza che funge da backup. Però, un segnale potrebbe comunque andare perso se entrambe le frequenze vengono interrotte.

Per catturare gli effetti della scintillazione ionosferica ed esplorare i vantaggi dei segnali GNSS a doppia frequenza, i ricercatori hanno sviluppato il nuovo modello utilizzando un approccio matematico noto come catena di Markov. Hanno stimato i parametri per il modello dai dati sulle effettive interruzioni del segnale causate dalla scintillazione ionosferica sopra Hong Kong il 2 marzo 2014.

Per testare il modello, i ricercatori hanno confrontato le sue previsioni con i dati del mondo reale e hanno scoperto che emulava accuratamente i tempi e la durata delle interruzioni effettive del segnale e lo faceva in modo più accurato rispetto a un modello precedente che non utilizzava un approccio a catena di Markov. Le simulazioni del modello suggeriscono anche che i segnali GNSS a doppia frequenza possono, infatti, contrastare significativamente gli effetti dirompenti della forte scintillazione, in particolare nel contesto della navigazione aerea.

Nel futuro, questo nuovo approccio di modellazione potrebbe essere esteso per migliorare la comprensione di altri effetti della scintillazione ionosferica sui segnali GNSS, così come i loro effetti ad altre latitudini. Una migliore comprensione di queste interruzioni potrebbe in definitiva informare gli sforzi per rendere i satelliti GNSS più resistenti alla scintillazione e ad altre forme di meteorologia spaziale.

Questa storia è ripubblicata per gentile concessione di Eos, ospitato dall'American Geophysical Union. Leggi la storia originale qui.