Dalla Luna la prima "radiografia" del plasma che avvolge la Terra
Per la prima volta i segnali di GPS e Galileo captati dal suolo del satellite hanno permesso di osservare dall’esterno la ionosfera e la plasmasfera terrestri. Una ricerca dell’Ingv apre nuove prospettive per lo studio della meteorologia spaziale e la protezione di navigazione e telecomunicazioni
Per millenni abbiamo alzato lo sguardo verso la Luna per misurare il tempo, orientarci nella notte, immaginare mondi lontani. Ora è la Luna a restituirci lo sguardo. E, da quasi 380 mila chilometri di distanza, ci mostra qualcosa della Terra che finora era rimasto in parte nascosto: il grande involucro di particelle cariche che avvolge il nostro pianeta e ne accompagna silenziosamente la vita tecnologica. Per la prima volta, infatti, la ionosfera e la plasmasfera terrestri sono state osservate “dall’esterno”, intercettando direttamente dalla superficie lunare i segnali dei sistemi di navigazione satellitare, come GPS e Galileo. Una sorta di radiografia di profilo della Terra, resa possibile dalla missione LuGRE (Lunar GNSS Receiver Experiment), iniziativa congiunta della Nasa e dell’Agenzia Spaziale Italiana. I risultati sono illustrati in uno studio guidato dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, in collaborazione con il Politecnico di Torino, appena pubblicato sulla rivista scientifica Geophysical Research Letters dell’American Geophysical Union.
Pasquale Raicaldo
L’esperimento LuGRE ha viaggiato a bordo del lander Blue Ghost 1 della società statunitense Firefly Aerospace, lanciato nel gennaio 2025 e atterrato nel marzo dello stesso anno nel Mare Crisium, il vasto bacino lunare che dalla Terra appare come una macchia scura sul bordo orientale del nostro satellite.
Qui, sulla superficie della Luna, il ricevitore ha continuato a captare i segnali emessi dai satelliti GNSS in orbita intorno alla Terra. Segnali debolissimi, giunti a destinazione dopo aver attraversato l’ambiente di plasma terrestre e percorso una distanza superiore ai 380 mila chilometri.
È proprio la particolare geometria Terra-Luna ad aver trasformato un esperimento dedicato alla navigazione spaziale in uno strumento di osservazione geofisica.
I sensori terrestri e i satelliti in orbita bassa studiano infatti la ionosfera prevalentemente dal basso o dall’interno. LuGRE, invece, ha guardato verso la Terra da una prospettiva completamente diversa. Prima di raggiungere la Luna, i segnali di GPS e Galileo hanno attraversato il plasma lungo traiettorie quasi orizzontali, lambendo per lunghi tratti gli strati più esterni dell’ambiente circumterrestre.
Una prospettiva laterale che ha permesso di esplorare una delle regioni meno conosciute dello spazio vicino alla Terra: la fascia compresa approssimativamente tra i mille e gli ottomila chilometri di quota, dove la ionosfera sfuma progressivamente nella plasmasfera.
È una vera e propria zona cieca dell’osservazione spaziale. I radar terrestri riescono a raggiungerla soltanto da pochissimi siti al mondo e mai in maniera continuativa, mentre i satelliti in orbita bassa si muovono al di sotto di essa. Eppure è proprio qui che si svolgono molti dei processi capaci di influenzare l’affidabilità dei segnali satellitari dai quali dipendono navigazione, telecomunicazioni e numerose infrastrutture tecnologiche.
Pasquale Raicaldo
Il plasma presente a queste altitudini può spiegare fino al 60 per cento del ritardo notturno subito dai segnali GNSS. Un fenomeno invisibile, ma tutt’altro che trascurabile in una società che affida ai satelliti non soltanto le indicazioni stradali dei navigatori, ma anche la sincronizzazione delle reti, dei sistemi finanziari, delle comunicazioni e dei trasporti. Per ricostruire la densità del plasma, i ricercatori hanno calcolato il Contenuto Elettronico Totale, o TEC, lungo le traiettorie percorse dai segnali di GPS e Galileo. I dati ottenuti sono stati quindi confrontati con le previsioni del Global Core Plasma Model, uno dei principali modelli utilizzati per descrivere il plasma presente nella parte interna della magnetosfera terrestre. Il confronto ha confermato la capacità del modello di riprodurre la struttura generale dell’ambiente circumterrestre. Ma ha anche fatto emergere differenze importanti proprio nella regione di transizione tra ionosfera e plasmasfera.
Durante la fase diurna, il modello tende a sovrastimare la densità del plasma, suggerendo che la capacità di “ricarica” della ionosfera sia inferiore a quanto ipotizzato. Nelle ore notturne accade invece il contrario: le misurazioni effettuate dalla Luna indicano densità superiori a quelle previste.
Le osservazioni di LuGRE hanno inoltre rivelato strutture più fini nella distribuzione degli elettroni, assenti nei modelli attuali, e hanno consentito di riconoscere il confine geometrico della plasmasfera, distinguendo le regioni più dense delle basse latitudini da quelle più rarefatte delle alte latitudini.
«Per la prima volta abbiamo usato la Luna come punto di vista per osservare il plasma che circonda la Terra, colmando una lacuna osservativa che resisteva da decenni», spiega Claudio Cesaroni, primo ricercatore dell’INGV e primo autore dello studio. «Le differenze che troviamo rispetto ai modelli ci dicono che la rappresentazione attuale dell’ambiente circumterrestre deve essere ulteriormente affinata».
Pasquale Raicaldo
La ricerca nasce dall’incontro tra discipline che raramente vengono raccontate insieme: la geofisica dello spazio e l’ingegneria della navigazione satellitare. «La geometria Terra-Luna ci rende particolarmente sensibili alle quote più alte, dove il contributo della plasmasfera è dominante e più difficile da misurare con gli strumenti convenzionali», sottolinea Cesaroni. Quella realizzata con LuGRE è ancora una dimostrazione di principio, ottenuta sfruttando in modo innovativo segnali nati per un altro scopo.
Pina Di Prisco
Ma il risultato lascia intravedere una possibilità più ambiziosa: trasformare la superficie lunare in un osservatorio permanente rivolto verso la Terra. Un ricevitore stabile, combinando il moto mensile della Luna con la rotazione quotidiana del nostro pianeta, potrebbe osservare il plasma a latitudini e ore locali differenti, trasformando misurazioni episodiche in un monitoraggio continuo e globale. Sarebbe così possibile ricostruire in quattro dimensioni – le tre dello spazio più quella del tempo – la struttura e l’evoluzione dell’ambiente di plasma terrestre. Una conoscenza fondamentale per comprendere meglio la meteorologia spaziale e prevedere quei fenomeni che, in particolari condizioni, possono disturbare satelliti, comunicazioni e sistemi di navigazione. La Luna, dunque, non è più soltanto una meta o una piattaforma dalla quale partire verso lo spazio profondo. Può diventare anche una sentinella della Terra: abbastanza lontana da osservarla per intero, abbastanza vicina da aiutarci a proteggere la fragile rete tecnologica che avvolge il nostro pianeta.
