Collegamenti radio su percorsi polari (terza parte)
Analisi scientifica della propagazione alle alte latitudini
Struttura molecolare della regione D
La regione D è la più importante per un analisi degli assorbimenti in gioco nei collegamenti radio: si tratta dello strato che incide più di tutti, nelle attenuazioni introdotte sui treni d'onde che attraversano la ionosfera, pertanto riporto di seguito alcuni dati sulla struttura molecolare di questa regione. Alle alte latitudini assume un significato ancora più importante, poiché la regione D è dinamicamente legata all'attività geomagnetica e di conseguenza alla precipitazione particellare causata dall'attività solare; quindi l'assorbimento, dipende in maniera diretta e preponderante da questi fattori. Essa inizia approssimativamente a 40 chilometri di altezza e si estende fino a circa 100 chilometri. Per effetto della relativa vicinanza alla superficie terrestre, la densità molecolare è molto più elevata della concentrazione elettronica; questo provoca un elevato livello di collisioni tra le molecole neutre e le particelle elettroniche.
La densità di ionizzazione dello strato D, segue un andamento abbastanza regolare: essa ha inizio alla levata del Sole, aumenta man mano che il sole irradia la ionosfera, raggiunge il picco massimo al mezzogiorno locale, inizia a diminuire nel pomeriggio e scompare repentinamente dopo il tramonto. La composizione molecolare dell'atmosfera nella regione D, è simile alla composizione molecolare
della troposfera. La forte concentrazione ionica della regione D è la causa principale dell'assorbimento indotto sulle onde in transito,
dovuto alle collisioni tra gli elettroni e le particelle ioniche.
Assorbimento
L'assorbimento dell'energia delle radio onde è sensibile ai cambiamenti nella densità elettronica nelle regioni D, e in misura minore nella regione E della ionosfera. L'assorbimento aurorale è causato dalla precipitazione degli elettroni energetici( 10 KeV) dalla magnetosfera, che fa aumentare la densità elettronica ionosferica fra circa 70 e 120 chilometri di altezza. Soprattutto in presenza di perturbazioni ionosferiche, si possono formare delle chiazze di differente densità elettronica, chiazze della larghezza di alcuni chilometri, che provocano oltre a livelli non omogenei di assorbimento, anche forte instabilità ed evanescenza dei segnali. Tempeste ionosferiche improvvise (SID), aumentano la densità particellare negli strati più bassi della ionosfera, espandono il relativo limite verticale ed abbassano il livello dello ionosfera più bassa. La rifrazione dei segnali HF, si ha principalmente nella parte più alta della ionosfera (strato F), dove il numero di elettroni liberi è più grande. Le frequenze inferiori alla MUF "Massima frequenza limite utilizzabile", sono piegate verso la Terra, mentre quelle superiori alla MUF non incontrano la piegatura sufficiente e attraversano lo ionosfera.
Viceversa, al di sotto della LUF "Minima frequenza utilizzabile", i segnali non riescono a penetrare gli strati ionosferici più bassi (regione D). Ciò accade, perché ogni volta che un radiosegnale attraversa lo strato D, induce un'oscillazione sulle particelle atmosferiche ionizzate; molte di queste particelle ionizzate, si scontreranno con le molecole neutre presenti all'interno della regione D. Maggiore è la densità degli strati più bassi, più frequenti sono questi scontri e di conseguenza maggiore è l'energia sottratta all'onda, che si disperde in calore (è questa la dinamica dell'assorbimento). Più bassa è la frequenza, più grande il grado di assorbimento del segnale, poiché aumentano le probabilità di collisione, in quanto la distanza che gli elettroni possono percorrere è più grande quando la frequenza dell'onda che li ha eccitati è bassa.
Disturbi ionosferici improvvisi (SID)
Il vento solare ha un forte effetto sul campo magnetico terrestre che è soggetto alle sue variazioni di velocità e alla differente pressione di radiazione. Quando le caratteristiche del vento solare cambiano rapidamente, il campo magnetico diventa disturbato, e
questo genera delle forti correnti all'interno della ionosfera. L'aumento della ionizzazione all'interno della zona aurorale, può essere talmente forte da assorbire tutti i segnali radio che la attraversano (Blackout polare). La propagazione alle basse latitudini, generalmente risente meno degli effetti negativi delle tempeste geomagnetiche, anche se non ne è del tutto esente. Infatti, dopo dei brillamenti solari di forte intensità (flares di categoria X) che generano un aumento del vento solare (valori anche superiori a 800 Km/sec.), le condizioni di propagazione nelle bande HF ne risentono in maniera pesante, anche a latitudini come la nostra (Italia).
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La finestra di propagazione delle HF, è la gamma di frequenze comprese tra la LUF e la MUF. Gli operatori HF, scelgono le frequenze migliori all'interno di questa finestra, in modo che i loro segnali attraversino lo strato D assorbente e vengano successivamente curvati dagli strati ionosferici più in alto (soprattutto nella regione F). Le curve di MUF e di LUF, mostrano una variazione normale e quotidiana. Durante il pomeriggio, la radiazione solare ricevuta è massima, pertanto gli strati D e F sono fortemente ionizzati; di
conseguenza, anche LUF e MUF sono elevate. Durante la notte, la riduzione della luce solare (de-ionizzazione) induce tutti gli strati ionosferici a indebolirsi (alcuni strati scompaiono), ed i valori delle LUF e delle MUF sono depressi. Alle alte latitudini, a causa delle caratteristiche molto instabili della ionosfera, tutte queste considerazioni assumono caratteristiche ancora più importanti. Le variazioni delle LUF e delle MUF, proprio a causa della dinamicità degli strati (le cui caratteristiche sono ancora più soggette alle variazioni solari), sono più repentine e meno prevedibili, quando la radiazione di raggi X emessi durante un brillamento solare (Flare), aumenta significativamente la ionizzazione dello strato D e il suo assorbimento (quindi la LUF si alza); questo può causare una sorta di black-out propagativo nell'intero emisfero illuminato della Terra, e può durare da dieci minuti ad un'ora o due. Il livello di assorbimento, può diventare talmente forte, da chiudere la finestra di propagazione HF completamente.
Ovale Aurorale
Le linee di forza del campo magnetico terrestre, convergono verso i poli e convogliano le particelle di plasma verso le regioni polari, quindi attorno ai poli magnetici si forma una regione ad alta densità di plasma, che nei momenti di bassa attività solare rimane circoscritta attorno ai poli, ma nei periodi di alta attività solare in concomitanza con tempeste geomagnetiche, può raggiungere anche le latitudini più basse e raggiungere l'Europa centrale. La forte ionizzazione delle cortine aurorali, può in certi casi provocare delle rifrazioni dei treni d'onde, interagendo a livello di riflessione dei segnali con lo strato F. Potrebbero essere dovuti a questo meccanismo per esempio, alcuni fenomeni di grandi deviazioni azimutali (a volte per esempio capita di sentire meglio il Giappone con le antenne verso Nord, anziché a 40° Est). Questi fenomeni, in ogni caso, dipendono dall'intensità del plasma aurorale, la cui formazione segue regole molto complesse, legate all'attività solare e al campo geomagnetico.
Fonte: Analisi scientifica della propagazione alle alte latitudini di
Flavio Egano IK3XTV
[Modificato da Regulus83 05/10/2013 02:20]