L'atmosfera superiore della Terra è un sensibile rilevatore di esplosioni

Gli scienziati hanno rilevato gli effetti a catena di piccole esplosioni a livello del suolo a 100 chilometri di altezza negli strati ionizzati dell'atmosfera superiore. Il risultato suggerisce che la tecnica di telerilevamento potrebbe essere utilizzata per monitorare eventi esplosivi – naturali o umani – centinaia di volte più piccoli di prima. "È stata una grande sorpresa per me", afferma Jihye Park, uno scienziato geodetico dell'Oregon State University che non è stato coinvolto nella ricerca. "È davvero intelligente."

La regione ionizzata dell'atmosfera, o ionosfera, è famosa soprattutto come sede delle aurore, che si verificano quando le particelle cariche provenienti dal Sole si scontrano con gli atomi facendoli illuminare. Ma anche le massicce esplosioni che risuonano dal basso possono disturbare la ionosfera. Nel 2022, l’eruzione vulcanica Hunga Tonga-Hunga Ha’apai nell’Oceano Pacifico meridionale ha prodotto increspature nella ionosfera rilevate a migliaia di chilometri di distanza. Nel 1979, un disturbo ionosferico legato a un sospetto test nucleare israelo-sudafricano fu rilevato dall'ormai defunto radiotelescopio Arecibo di Porto Rico.

Entrambe le esplosioni innescano onde di infrasuoni, troppo bassi per l’udito umano, che possono propagarsi su grandi distanze e causare vibrazioni nella ionosfera. I raggi radar sintonizzati per rimbalzare sulle particelle cariche della ionosfera hanno rilevato gli strati vibranti.

Ma la tecnica è stata per lo più limitata a esplosioni più potenti di 1 kiloton di TNT. (La bomba nucleare sganciata su Hiroshima, in Giappone, nel 1945 era di circa 15 kilotoni.) Ora, i ricercatori riferiscono di aver rilevato con successo esplosioni sperimentali di appena 1 tonnellata di TNT. "Non solo possiamo vedere quegli eventi, ma sono molto più chiari di quanto mi aspettassi", afferma Kenneth Obenberger, fisico dell'Air Force Research Laboratory che ha condotto lo studio. I risultati sono stati pubblicati questo mese sulla rivista Earth and Space Science.

Obenberger e i suoi colleghi hanno iniziato a osservare gli effetti di due esplosioni da 1 tonnellata avvenute nel marzo 2022 nel New Mexico. I rilevatori radar del team sono stati progettati per misurare le onde che rimbalzano sullo strato E della ionosfera, una regione a 100 chilometri di altezza. Hanno rilevato i segni di ciascuna esplosione meno di 6 minuti dopo le detonazioni.

Obenberger afferma che la tecnica potrebbe essere utilizzata per monitorare piccole esplosioni causate dall'uomo o anche remote eruzioni vulcaniche nel Pacifico che altrimenti sarebbero difficili da rilevare. Dice che la lontananza della ionosfera spiega perché la tecnica sta mostrando solo ora la sua promessa. "Stai inviando un'onda d'urto attraverso quella che chiamiamo 'ignorosfera'", dice.

Park afferma che la maggiore risoluzione della tecnica renderebbe più semplice rilevare i disturbi ionosferici associati non solo alle eruzioni vulcaniche, ma anche ai terremoti, che possono innescare tsunami, frane e altri disastri. "Potresti usarlo per un sistema di allerta precoce, come un sistema di allarme tsunami", dice Park, che ha utilizzato i satelliti di posizionamento globale per rilevare i disturbi ionosferici dei test nucleari nordcoreani e di altri eventi.

Un altro possibile utilizzo potrebbe essere nella scienza planetaria. Per mondi come Venere, dove spesse nubi oscurano la superficie, un radar ionosferico su un veicolo spaziale in orbita potrebbe rilevare a distanza eruzioni e terremoti invisibili, dice Obenberger.

Considerata la recente scoperta dell'attività vulcanica su Venere annunciata a marzo, "potremmo vedere eventi su scala più piccola", afferma Paul Byrne, planetologo presso la Washington University di St. Louis. "Questo è esattamente il tipo di cose che spero che gli ingegneri spaziali pensino di incorporare per le missioni future."

Per il momento, Obenberger vuole mantenere la ricerca ancorata alla Terra. Ha intenzione di testare l'approccio in diverse stagioni, perché la ionosfera cambia nel corso dell'anno. "L'altra cosa che voglio davvero fare è allestire vicino a un vulcano", dice. "Sarebbe davvero divertente."