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PROGETTO SUNDISH: ALLA SCOPERTA DEL SOLE NELLE ONDE RADIO

È stato pubblicato sulla rivista Solar Physics lo studio, guidato da ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), che presenta il nuovo sistema di osservazione del Sole nelle onde radio con i radiotelescopi INAF di Bologna e di Cagliari, realizzato in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Questi dati, attualmente unici nel panorama astrofisico internazionale, integrano le osservazioni solari condotte in altre frequenze e saranno preziose per monitorare e comprendere meglio l’attività della nostra stella in vista del suo massimo, previsto per il 2024.

L’Italia è uno dei pochi Paesi al mondo a poter vantare una rete di radiotelescopi in grado di lavorare in modo coordinato. Distribuita tra Emilia Romagna, Sicilia e Sardegna – e gestita dalle Strutture dell’INAF di Bologna e Cagliari – questa sofisticata rete di antenne ha avviato da qualche anno il progetto Sundish, coordinato dall’astrofisico dell’INAF Alberto Pellizzoni, con una serie di osservazioni congiunte nelle onde radio di una sorgente celeste tanto vicina quanto finora poco monitorata in questa finestra dello spettro elettromagnetico: il nostro Sole.

Questo nuovo sistema di monitoraggio radio-solare, che vede per ora protagoniste le antenne di Medicina e il Sardinia Radio Telescope (SRT), è l’oggetto dell’articolo appena pubblicato sulla rivista Solar Physics, in cui si svelano i dettagli dei ricevitori e dei software appositamente creati per l’analisi dei dati solari, oltre che un catalogo di 170 immagini prodotte dalle antenne italiane.

Lo studio – che ha coinvolto anche le università di Cagliari, Trieste ed Exeter, in Inghilterra, oltre che l’istituto olandese di radioastronomia ASTRON – ha rafforzato la già intensa collaborazione scientifica tra INAF e ASI, grazie allo sforzo congiunto per lo sviluppo presente e futuro del sistema di osservazione radio-solare. Il sistema, che tra non molto potrebbe arrivare ad osservare fino alla frequenza di ben 100 GHz, consente di mappare e studiare, tramite strumenti dedicati, sia l’emissione del Sole quieto che delle sue regioni attive, sempre più numerose man mano che ci si avvicina al massimo del ciclo solare, previsto per il 2024.

“Ad oggi – spiega Pellizzoni – siamo i primi e per ora gli unici a osservare il Sole alle frequenze radio nell’intervallo tra 18 e 26 GHz, e quindi siamo in grado di poter ottenere informazioni fisiche in una regione dello spettro elettromagnetico cruciale, ma al momento poco utilizzata per gli studi solari per via delle difficoltà osservative in questa particolare banda radio. Per la prima volta è stato possibile misurare la temperatura del Sole in questa banda. Inoltre studiare il Sole a queste frequenze ci fornisce informazioni preziose, non solo per capire meglio come funziona la nostra stella, ma anche per contribuire a sviluppare metodi per prevedere i suoi comportamenti più violenti.”

Le regioni attive sono aree molto luminose del Sole, caratterizzate da intensi campi magnetici locali, che forniscono energia per i brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale, eventi che in situazioni estreme possono avere effetti negativi sulle moderne tecnologie, specie in ambito spaziale, come i sistemi satellitari di telecomunicazioni, ormai indispensabili alla nostra vita quotidiana.

“In realtà – continua Pellizzoni – siamo partiti da una curiosità tecnica: si può osservare il Sole con i radiotelescopi INAF? Questa curiosità ha innescato gli studi di fattibilità da parte di tanti tecnologi e ricercatori INAF e ASI. Da qui è nato il progetto SunDish che ho ideato e guidato personalmente, e che ora mi occupa a tempo pieno, insieme a molti altri entusiasti giovani e meno giovani! Abbiamo scoperto non solo che queste osservazioni erano fattibili, ma anche che la comunità scientifica internazionale si dimostrava molto interessata ai risultati che avrebbero prodotto nell’ambito dello Space Weather, ovvero la meteorologia dello spazio”.

La tempesta solare più potente finora registrata è stata il cosiddetto “Evento di Carrington”, il 1° settembre 1859. L’evento produsse i suoi effetti su tutta la Terra dal 28 agosto al 2 settembre, con l’interruzione delle linee telegrafiche per 14 ore, e con la produzione di un’aurora boreale visibile anche a latitudini inusuali, addirittura fino a Roma. Conoscere in anticipo questi fenomeni, aiuterebbe sicuramente a attivare per tempo contromisure in grado di limitare i possibili malfunzionamenti o guasti alle infrastrutture tecnologiche più esposte.

“Una cosa curiosa – aggiunge Simona Righini, ricercatrice INAF e co-Principal Investigator del progetto Sundish – è sicuramente il fatto che le parabole di Medicina ed SRT in principio non sono state concepite per osservare il Sole. Anzi agli astronomi era proibito puntare le antenne verso il Sole per timore che l’intenso calore e la forte radiazione potessero danneggiare gli strumenti. È stato necessario un grande impegno da parte di tanti tecnologi e ricercatori INAF, con la preziosa collaborazione di ASI, per rendere tutto questo possibile”.

“Le osservazioni radio del Sole effettuate nell’ambito del progetto SunDish sono di fondamentale importanza per lo Space Weather, in quanto forniscono diagnostiche chiave sulla fisica delle regioni attive e sulla previsione dei brillamenti solari” conclude Mauro Messerotti, fisico solare e senior advisor dell’INAF per lo Space Weather. “In questo contesto, due nuovi strumenti dedicati al monitoraggio del Sole nelle onde radio saranno operativi a breve all’INAF di Trieste ed alla sezione INAF presso l’Università della Calabria”.

L’articolo “Solar Observations with Single-Dish INAF Radio Telescopes: Continuum Imaging in the 18 – 26 GHz Range”, di A. Pellizzoni, S. Righini, M. N. Iacolina, M. Marongiu, S. Mulas, G. Murtas, G. Valente, E. Egron, M. Bachetti, F. Buffa, R. Concu, G. L. Deiana, S. L. Guglielmino, A. Ladu, S. Loru, A. Maccaferri, P. Marongiu, A. Melis, A. Navarrini, A. Orfei, P. Ortu, M. Pili, T. Pisanu, G. Pupillo, A. Saba, L. Schirru, G. Serra, C. Tiburzi, A. Zanichelli, P. Zucca & M. Messerotti, è stato pubblicato su Solar Physics.

Testo e foto dall’Ufficio stampa – Struttura per la Comunicazione di Presidenza Istituto Nazionale di Astrofisica – INAF

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Onde elettromagnetiche senza limiti: dall’esplorazione dei fondali marini alla diagnostica d’avanguardia

Un gruppo di ricercatori della Sapienza ha verificato in pratica per la prima volta il fenomeno della penetrazione profonda delle onde elettromagnetiche ottenuto mediante dispositivi facilmente realizzabili che ne massimizzano la propagazione. I risultati dello studio, pubblicati su Scientific Reports, aprono a nuove prospettive per lo sviluppo tecnologico di numerose applicazioni nell’imaging e nella spettroscopia, così come nei sistemi radar e nei trattamenti medici.

Onde elettromagnetiche senza limiti materiali dissipativi penetrazione profonda — Onde elettromagnetiche senza limiti. Immagine di DECHAMMAKL, CC BY-SA 4.0

Le onde elettromagnetiche, tra cui luce, raggi X, microonde e onde radio, sono molto presenti nella vita quotidiana e si prestano a numerose applicazioni, grazie alla loro flessibilità e potenza: dalla trasmissione di informazioni e di energia ai radar, fino agli impieghi in medicina diagnostica e terapeutica. Tuttavia, le onde elettromagnetiche perdono di efficacia all’interno di alcuni materiali detti dissipativi che intralciano la loro propagazione determinandone la trasformazione in altre forme di energia.

Un gruppo di ricerca della Sapienza, coordinato dal Dipartimento di Ingegneria dell’informazione, elettronica e telecomunicazioni (Diet), in collaborazione con altre università italiane, ha verificato per la prima volta il fenomeno fisico di penetrazione profonda di campi elettromagnetici in materiali dissipativi, ricorrendo ad apparecchi che consentono alle onde di “viaggiare” anche attraverso, per esempio, il terreno o i tessuti biologici.

La ricerca, pubblicata sulla rivista Scientific Reports, conferma nella pratica quanto dimostrato solo a livello teorico in un precedente studio del 2018.

Il risultato è stato ottenuto attraverso un’antenna a microonde (detta antenna a onda leaky), che emette onde che presentano un’amplificazione del campo in certe regioni di spazio, oppure, con un approccio assolutamente innovativo, mediante un particolare prisma che può operare anche a frequenze ottiche.

Le applicazioni di questi dispositivi potrebbero riguardare non soltanto l’individuazione di oggetti sepolti o immersi e l’interazione in profondità con tessuti biologici, ma anche la trasmissione di informazioni in mezzi con perdite, l’analisi di materiali e la microscopia.

“Questo lavoro – commenta Fabrizio Frezza della Sapienza, coordinatore del lavoro – apre la strada a promettenti applicazioni nell’imaging e nella spettroscopia, così come nei sistemi radar e nei trattamenti medici”.

Lo studio, sebbene verifichi l’effetto di penetrazione profonda per un valore specifico della frequenza e della conduttività (essendo le strutture coinvolte tipicamente a banda stretta) offre un importante contributo allo sviluppo tecnologico di numerose applicazioni anche in campi in cui, finora, potevano essere utilizzate solo le onde acustiche, come nell’ecografia e nel sonar.

Riferimenti:

Verification of the electromagnetic deep‑penetration effect in the real world – Paolo Baccarelli, Alessandro Calcaterra, Fabrizio Frezza, Fabio Mangini, Nicholas Ricciardella, Patrizio Simeoni, Nicola Tedeschi – Scientific Reports 2021. DOI: 10.1038/s41598-021-95080-w

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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