Collegamenti radio su percorsi polari (seconda parte)
Analisi scientifica della propagazione alle alte latitudini
Struttura della ionosfera polare
Un'altra fonte di ionizzazione nella ionosfera delle alte latitudini, è l'aurora. La dispersione di luce, causata dalla caduta a spirale di elettroni e protoni che colpiscono l'atmosfera ad elevata velocità provenienti dalla magnetosfera con moti a spirale lungo le linee di forza del campo magnetico, incrementa la densità elettronica nella ionosfera polare. Queste particelle, entrando in collisione con gli atomi neutri presenti nella ionosfera, oltre a produrre una spettacolare rete di luci (Aurora visibile), producono una ulteriore ionizzazione nell'atmosfera. I diversi colori dell'aurora visibile, dipendono dai diversi gas presenti e dal loro stato elettrico, a seconda della concentrazione di atomi di ossigeno oppure di azoto; i colori possono variare dal rosso al verde. Questa ulteriore fonte di ionizzazione, aumenta considerevolmente durante i periodi di alta attività solare (massimo del ciclo undecennale) e durante le tempeste geomagnetiche. Questi fenomeni avvengono ad altitudini comprese tra i 100 e i 400 chilometri, anche se l'effetto più intenso si ha tra i
100 e i 150 chilometri, all'interno della regione E o nella parte più alta della regione D.
Dinamica della ionosfera polare
I venti e le onde atmosferiche nella ionosfera polare, sono influenzati sia dall'atmosfera più bassa e densa, che dagli agenti elettrodinamici collegati alla regione magnetosferica. La precipitazione di particelle aumenta la densità elettronica così come l'eccitazione aurorale, creando forti interazioni tra la ionosfera, l'atmosfera neutra e la magnetosfera. La ionosfera e l'atmosfera neutra, sono legate sia dinamicamente che chimicamente. Alle latitudini basse e centrali nel lato illuminato della Terra, per esempio, i venti neutri termosferici spostano il plasma ionosferico attraverso le linee del campo geomagnetico, creando una dinamo che genera tutta una serie di correnti ionosferiche e l' electrojet equatoriale, si forma una forte corrente dal lato illuminato verso il lato oscuro che entra nella regione E, lungo l'Equatore geomagnetico. Nelle regioni polari, d'altra parte, gli ioni che vanno alla deriva all'interno della ionosfera, a causa del campo elettrico imposto dalla magnetosfera, generano forti correnti nella regione F polare (electrojet polare). La ionosfera inoltre interagisce fortemente con la magnetosfera, e una funzione importante di questa interazione è l'accoppiamento elettrodinamico effettuato dalle correnti elettriche che fluiscono seguendo le linee del campo geomagnetico che collegano la ionosfera al plasma della magnetosfera. Si produce quindi un campo elettrico, che genera le correnti orizzontali nella ionosfera polare responsabile del flusso convettivo degli ioni di cui abbiamo appena parlato . Queste correnti sono trasportate sia dagli elettroni aurorali che precipitano verso il basso seguendo le linee del campo, che dagli elettroni ionosferici che fluiscono verso l'alto. Questi notevoli flussi di energia nell'atmosfera superiore, hanno effetti profondi sia sulla ionosfera che sulla termosfera neutra; e oltre ad eccitare le emissioni aurorali, la precipitazione aurorale degli elettroni aumenta la densità del plasma e la conducibilità della ionosfera. Si tratta di fenomeni fisici complessi, che interagiscono con la dinamica della propagazione HF e la influenzano in maniera importante.
Grande variabilità delle MUF
Le particelle energetiche presenti nelle regioni polari, sono sempre in uno stato di forte agitazione, pertanto la ionosfera si presenta raramente ben stratificata e in quiete. Questo è uno dei motivi della difficoltà dei collegamenti sopra il polo (i segnali mediamente devono percorrere almeno 4000 chilometri per oltrepassare la regione e quindi sono soggetti ad una forte interazione da parte di essa); inoltre questo stato di costante agitazione, provoca una grande variabilità delle MUF della regione F. Alle nostre latitudini, l'andamento delle MUF è abbastanza regolare: grandi sbalzi li possiamo trovare in corrispondenza della Grey line (una linea fittizia che delimita la parte illuminata (diurna) dalla parte in ombra (notturna) di un corpo celeste), alla sera e al mattino; per il resto l'andamento delle MUF è genericamente regolare. Viceversa alle alte latitudini, esiste una forte variabilità delle massime frequenze utilizzabili, determinata appunto dalle stesse caratteristiche dinamiche delle ionosfera, la cui stratificazione soprattutto nelle regioni più in alto e quindi più esposte, non è uniforme e subisce continue variazioni.
Poli geomagnetici
La posizione geografica dei poli geomagnetici, non è stabile, ma subisce delle fluttuazioni nel corso degli anni. C'è un lento cambiamento nel tempo, denominato "variazione secolare" del campo magnetico, osservata in tutte le sue componenti.
I poli magnetici nord e sud, non hanno lo stesso comportamento: le loro variazioni sono differenti sia come valore che come direzione. Il polo nord attualmente si sposta in direzione nord-est ad una velocità di 12 Km. per anno, mentre il sud magnetico si sposta verso nord ovest con una velocità di circa 14 Km. all'anno. La variazione secolare è un fenomeno regionale oltre che un fenomeno planetario, ed è più grande e complicato nella regione Antartica. In un area di circa 1000 Km. di estensione, tra il Sud Africa e l'Antartide, la variazione secolare del campo magnetico dovuto al movimento dei poli, risulta essere 18 volte maggiore rispetto alla media planetaria. La causa della variazione secolare è dovuta probabilmente ai moti convettivi che avvengono all'interno del nucleo liquido della Terra.
Attualmente il polo Nord magnetico è localizzato vicino a Ellef Ringes Island, nell'Artico canadese.
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La figura in alto a sinistra, mostra la maggior concentrazione di particelle ad alta energia attorno ai poli, nella fascia equatoriale e nella zona del Sud Atlantico, causata dall'Anomalia Sud Atlantica. La figura a destra, mostra l'estensione dell'ovale Aurorale nell'emisfero boreale.
Fonte: Analisi scientifica della propagazione alle alte latitudini di Flavio Egano IK3XTV