Cosa c’è sopra le nuvole?

di Lucilla Alfonsi

Siamo abituati a pensare all’atmosfera come all’ambiente che ospita le nuvole, responsabile di belle giornate di sole come di terribili acquazzoni. In realtà c’è molto di più: infatti l’atmosfera si estende ben al di là delle sue regioni più vicine alla crosta, occupando uno spazio che può arrivare fino a centinaia di migliaia di chilometri dalla superficie terrestre. Per intenderci, i fenomeni meteorologici sono associati alla cosiddetta “bassa atmosfera”, estesa fino a circa 20 km dalla superficie. E cosa c’è nell’atmosfera superiore? Una delle regioni atmosferiche più interessanti dal punto di vista scientifico risiede tra circa 50 e 1000 chilometri dalla superficie e si chiama ionosfera. Il nome deriva dal fatto che in questa regione dell’atmosfera sono presenti ioni. Questo è dovuto principalmente all’azione del Sole che ionizza i componenti atmosferici, vale a dire instaura un processo in virtù del quale un atomo o un gruppo atomico acquistano una carica elettrica passando dalla neutralità allo stato di ione, positivo o negativo. Questo processo favorisce la produzione di elettroni liberi (cariche negative elementari), la cui concentrazione è massima intorno ai 350 chilometri di quota.

terra
L’azione del Sole produce la ionizzazione dell’alta atmosfera nel lato giorno. Durante la notte solo la parte più’ alta della ionosfera (Regione F) sopravvive alla mancanza di radiazione solare. 

E’ grazie a questa caratteristica che la ionosfera possiede proprietà elettromagnetiche, cioè proprietà di interazione con campi elettrici e magnetici. Un classico esempio è offerto dall’interazione con il campo magnetico terrestre. Storicamente, però, la ionosfera viene associata alle sue proprietà di interazione con le onde elettromagnetiche utilizzate nei tradizionali sistemi di radiocollegamento. Fu proprio grazie a questa caratteristica che Guglielmo Marconi riuscì a stabilire il primo collegamento radio transatlantico senza l’uso di alcun cavo (ciò che ora si definisce wireless!). Attraverso esperimenti successivi sempre più ambiziosi, infatti, Marconi alle 12.30 del 12 dicembre del 1901 riuscì a mettere in comunicazione St.John di Terranova, in Canada, con Poldhu in Cornovaglia, dall’altra parte dell’Oceano Atlantico a oltre 3.000 chilometri di distanza! Il collegamento fu possibile grazie alle proprietà della ionosfera di riflessione delle onde radio. Se si utilizzano le giuste frequenze, infatti, e naturalmente si dispone di apparecchi trasmittenti e riflettenti appropriati, le onde elettromagnetiche trasmesse vengono riflesse dalla ionosfera e rinviate a terra alla stazione ricevente.

riflessione
La comunicazione senza fili per riflessione ionosferica

Sembra tutto piuttosto semplice, tuttavia le “giuste” frequenze non sono così facilmente individuabili perché la ionosfera è un mezzo fortemente variabile sia nello spazio, che nel tempo. Ma cosa varia in particolare? A variare è il numero degli elettroni liberi e il moto degli stessi. Questo comporta la necessità una pianificazione delle “giuste” frequenze. Per esempio, se vogliamo stabilire un radiocollegamento durante il giorno o durante la notte tra la stessa coppia di trasmittente e ricevente, le frequenze che dovremo utilizzare saranno diverse. Perché? Vi ricordate qual è il motore che produce gli elettroni liberi? Giusto: il Sole! E quindi se il radiocollegamento deve essere stabilito durante il giorno la ionosfera, essendo più ricca di elettroni, rifletterà certe frequenze. Mentre se stiamo pianificando un radiocollegamento notturno dovremo tener conto di una ionosfera più povera di elettroni, utilizzando frequenze più basse.

Ma la ionosfera è sensibile anche alla latitudine e alla stagione in cui ci si trova ad operare il collegamento. Per non parlare di quando avviene una tempesta solare! Ma questa è un’altra storia…Al prossimo approfondimento!


Foto di copertina di Kenrick Mills

Immagini a cura di logo-lab

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