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LOFAR for Space Weather

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Due occhi, due prospettive del cosmo: il più grande radiotelescopio europeo trova un nuovo ruolo

Gli esseri umani acquisiscono più informazioni sul loro ambiente circostante con due occhi anziché con uno. Analogamente, il telescopio LOFAR si avvarrà di un paio di fasci per ottenere immagini del cosmo di elevata qualità e individuare eventi meteorologici spaziali.

Spazio

La meteorologia spaziale fa riferimento a fenomeni che si verificano sul Sole, nonché nella magnetosfera, nella ionosfera e nella termosfera terrestri e che sono il risultato dell’attività solare. Essi comprendono brillamenti, espulsioni di massa coronale, vento solare e l’emissione di particelle energetiche. «Per studiare i fenomeni meteorologici spaziali, dobbiamo essere in grado di osservare gli eventi che si verificano in diverse regioni del nostro sistema solare e su diverse scale temporali», osserva Carla Baldovin, responsabile del progetto LOFAR4SW, finanziato dall’UE. «A livello ideale, ci piacerebbe monitorare tutte le catene di eventi di origine solare, il modo in cui si sviluppano nell’enorme spazio tra la Terra e il Sole e come si ripercuotono sulla nostra ionosfera.»

Preparare il più grande radiotelescopio per un nuovo ruolo nello spazio

L’osservazione simultanea di tutti questi processi attraverso un unico telescopio è difficoltosa. È qui che entra in gioco il progetto LOFAR4SW. «LOFAR4SW ha pianificato un potenziamento significativo per il telescopio Low-Frequency Array (LOFAR). Oltre a individuare le onde radio da fonti radio astronomiche, il telescopio assumerà parallelamente un nuovo ruolo: fungerà da struttura meteorologica spaziale che monitorerà contemporaneamente il Sole, l’eliosfera e la ionosfera», osserva Baldovin. LOFAR è attualmente il radiotelescopio più grande al mondo, formato da una rete di antenne il cui nucleo è ubicato nei Paesi Bassi e che si sviluppa in altri sette paesi europei. Attraverso un’innovativa progettazione ad allineamento di fase, copre la gamma delle basse frequenze, ampiamente inesplorata, che va da 10 a 240 MHz ed è impiegato per vari casi d’uso astrofisici. A differenza dei telescopi a piatto unico, LOFAR è composto da una rete di sensori multiuso dotata di un computer e di un’infrastruttura di rete innovativi in grado di gestire volumi di dati estremamente ampi. «La tecnologia ad allineamento di fase rende LOFAR uno strumento flessibile, aprendo la possibilità di progettare un sistema completamente indipendente che possa funzionare come una struttura meteorologica spaziale parallelamente a casi d’uso astronomici, attraverso una versione potenziata dell’hardware esistente», spiega Baldovin.

Mettere a punto la tecnologia di antenne per la produzione di due fasci

Una parte fondamentale del potenziamento di LOFAR4SW è stata la riprogettazione delle antenne ad alta banda di LOFAR. «Modificando l’analogo sistema di formazione del fascio, siamo riusciti a sviluppare un prototipo di un’antenna ad alta banda in grado di produrre due fasci che possono essere puntati in direzioni diverse», aggiunge Baldovin. «L’idea alla base del potenziamento dell’hardware è stata di fornire alle antenne ad alta banda la capacità di produrre due fasci indipendenti, che puntano a due oggetti differenti nel cielo nello stesso momento: un fascio dedicato alla radioastronomia e l’altro al monitoraggio della meteorologia spaziale. È come fornire a un telescopio due occhi in grado di funzionare separatamente», osserva Baldovin. Un altro aspetto fondamentale del telescopio LOFAR consiste nel fatto che, per la produzione di dati pronti per l’ambiente scientifico, si basa su un software anziché su un hardware. Ciò significa che il segnale viene digitalizzato prima ed elaborato attraverso un software basato sulla CPU. Il progetto LOFAR4SW ha sviluppato prototipi di software per l’esecuzione di programmi di monitoraggio in grado di reagire velocemente a eventi meteorologici spaziali e per l’elaborazione dei dati di diversi casi d’uso. LOFAR4SW sarà in grado di condurre osservazioni di routine della ionosfera utilizzando tecniche di radar passivi che monitoreranno le alterazioni della ionosfera. Tenendo conto della scintillazione interplanetaria, osserverà quotidianamente l’eliosfera per acquisire sia la velocità che la densità del vento solare. Effettuerà inoltre monitoraggi quotidiani del Sole all’interno di spettri dinamici e immaginografia ad alta risoluzione. Il potenziamento del telescopio è ancora in corso, ma una volta completato, LOFAR sarà uno dei migliori sistemi europei di osservazione della meteorologia spaziale in grado di gettare nuova luce su svariati eventi di questo tipo.

Parole chiave

LOFAR4SW, LOFAR, meteorologia spaziale, ionosfera, Sole, antenna ad alta banda, eliosfera, formazione di fasci

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