Nuove tecniche di misurazione consentiranno misurazioni migliori della ionosfera terrestre, una chiave per studiare e ridurre l'impatto della meteorologia spaziale.
I segnali radio sono stati utilizzati per studiare la densità del plasma sin dagli anni '20. Le sorgenti radio trasmittenti includono ionosonde terrestri (radar speciali per l'esame della ionosfera), fenomeni astronomici come le pulsar e, più recentemente, segnali di veicoli spaziali utilizzati per la trasmissione di dati.
Ad esempio, i segnali radio dei satelliti di posizionamento globale (GPS) vengono utilizzati per misurare la densità della ionosfera terrestre. Tuttavia, la risposta del segnale radio al plasma ionosferico è più complicata della semplice variazione in funzione della densità. Il campo magnetico terrestre influenza anche le fluttuazioni delle onde elettromagnetiche.
Ad esempio, la rotazione di Faraday è un fenomeno ben noto, come mostrato nell'immagine sopra. Ma, come tecnica per misurare il campo magnetico, la rotazione di Faraday è limitata solo alla porzione orientata nella direzione corretta. La nuova scoperta integra la rotazione di Faraday consentendo una misurazione completa dell'intensità del campo magnetico.
"Abbiamo scoperto che il campo magnetico introduceva rumore nei segnali radio. L'impatto immediato di questo lavoro è quello di consentire misurazioni migliorate della ionosfera terrestre. Inoltre, tutte le condizioni avverse discusse sui pericoli della meteorologia spaziale sono in definitiva guidate dall'effetto della Terra." ionosfera che risponde al plasma del sole", ha affermato Elizabeth Jensen, ricercatrice associata del Planetary Science Institute.
Jensen è l'autore principale dell'articolo "The Hunt for Perpendicular Magnetic Field Measurements in Plasma" pubblicato su The Astrophysical Journal . "Riducendo l'errore nei segnali GPS dall'orizzonte ed espandendo la copertura ai poli, i problemi relativi alle perdite di fedeltà della comunicazione vengono immediatamente migliorati."
L'effetto del campo magnetico perpendicolare del plasma sulla propagazione radio è mostrato nell'immagine sopra. "Abbiamo scoperto come migliorare le comunicazioni tra la Terra e la navicella spaziale; come misurare la forza del campo magnetico nei plasmi spaziali, un risultato importante per migliorare le previsioni meteorologiche spaziali; e come ottenere misurazioni del campo magnetico da alcuni vecchi dati archiviati di navicelle spaziali, "ha detto Jensen. "Si tratta della nostra scoperta rivoluzionaria su come isolare il contributo del campo magnetico perpendicolare al percorso del segnale nei dati radio."
La previsione meteorologica spaziale, la fisica dietro la destabilizzazione della ionosfera da parte del plasma solare, è dominata dalla temperatura, velocità, densità e campo magnetico del plasma proveniente dal sole. La più grande fonte di errore in questi modelli meteorologici spaziali deriva dalla mancanza di misurazioni del campo magnetico nello spazio intermedio tra il Sole e la Terra. Migliorare la nostra capacità di prevedere il meteo spaziale, attraverso misurazioni migliorate del campo magnetico, consente di ridurre i costi derivanti da queste condizioni avverse.
"Qui sulla Terra, siamo principalmente interessati alla meteorologia spaziale. La meteorologia spaziale consiste nella risposta delle regioni del plasma terrestre al plasma rilasciato dal sole. Le condizioni avverse derivanti da questa interazione includono danni ai satelliti, irradiazione del personale non solo nella stazione spaziale ma sui voli vicino ai poli, comunicazioni scadenti dovute alla perdita di fedeltà del segnale che colpisce aerei e altre apparecchiature dipendenti dal GPS, ad esempio veicoli a guida autonoma, e danni ad apparecchiature come linee elettriche o cavi sottomarini," ha affermato Jensen.
Ulteriori informazioni: Elizabeth A. Jensen et al, La caccia alle misurazioni del campo magnetico perpendicolare nel plasma, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad2347
Informazioni sul giornale: Giornale astrofisico
Fornito da Planetary Science Institute
