S U L L A M I S U R A D E L L ' A S S O R B I M E N T O I O N O S F E R I C O PIERO DOMINICI 1. — È b e n n o t a la g r a n d e i m p o r t a n z a c h e h a n n o assunto, sia n e l c a m p o scientifico, sia n e l c a m p o p r a t i c o , l e q u e s t i o n i r i g u a r d a n t i la i o n o s f e r a . D a l l o n t a n o 1902, q u a n d o , K e n n e l l y , H e a v i s i d e , e N a g a o k a i p o t i z z a r o n o l'esistenza n e l l ' a l t a a t m o s f e r a di r e g i o n i f o r t e m e n t e ioniz- z a t e e d o t a t e di p o t e r e r i f l e t t e n t e p e r l e r a d i o o n d e , gli s t u d i ionosfe- rici sono stati s e m p r e p i ù s v i l u p p a t i , ed ai n o s t r i g i o r n i si p u ò d i r e c h e n o n vi è p a e s e civile in cui n o n ci si d e d i c h i con g r a n d e i n t e r e s s e a q u e s t e r i c e r c h e . P a r a l l e l a m e n t e allo s v i l u p p o degli s t u d i t e o r i c i , v e r a m e n t e cospi- cuo è s t a t o a n c h e il p r o g r e d i r e ed il raffinarsi d e i m e t o d i s p e r i m e n - tali. A p p l e t o n , n e l 1925, con u n a c e l e b r e e s p e r i e n z a , m e t t e v a i n evi- d e n z a , p e r l a p r i m a volta, l'esistenza della i o n o s f e r a , ed a l t e m p o stesso i n d i c a v a il p r i m o m e t o d o d i s t u d i o s p e r i m e n t a l e della stessa. I l successivo m e t o d o d o v u t o a B r e i t e T u v e , b a s a t o sui so n d ag g i ver- ticali d e l l e regioni i o n o s f e r i c h e a m e z z o d i b r e v i t r e n i d ' o n d a (me- t o d o degli i m p u l s i ) , h a p e r m e s s o , col c o n t i n u o p r o g r e d i r e della tecnica e l e t t r o n i c a , la c o s t r u z i o n e delle m o d e r n e i o n o s o n d e , a p p a r a t i di gran- d e efficienza, di n o t e v o l e sicurezza ed a f u n z i o n a m e n t o c o m p l e t a m e n t e a u t o m a t i c o . È n o t o c h e la p r e s e n z a di e l e t t r o n i l i b e r i n e l l a i o n o s f e r a p o r t a ad u n a m o d i f i c a z i o n e d e l l ' i n d i c e di r i f r a z i o n e , c h e , t r a s c u r a n d o l'azio- n e del c a m p o g e o m a g n e t i c o , vale : dove e, m s o n o la carica e la massa d e l l ' e l e t t r o n e , N la densità elet- t r o n i c a , / la f r e q u e n z a d e l l ' o n d a . Se la f r e q u e n z a d e l l ' o n d a emessa ad i m p u l s i è tale da a n n u l l a r e n , in r a p p o r t o alla d e n s i t à e l e t t r o n i c a di 1 le-N u n c e r t o s t r a t o i o n o s f e r i c o , cioè se è f = / — si h a la riflessione \ ix. m d e l l ' o n d a sullo s t r a t o , e gli i m p u l s i t o r n a n o verso la t e r r a . Q u i ven- nmj- 562 PIF.RO D O M I N I C I gono c a p t a t i d a u n r i c e v i t o r e s i n t o n i z z a t o col t r a s m e t t i t o r e , poi rive- l a t i ed a p p l i c a t i al r e g i s t r a t o r e , c h e i n g e n e r e è u n t u b o a raggi ca- todici d i cui si f o t o g r a f a c o n v e n i e n t e m e n t e l o s c h e r m o . I l t e m p o in- t e r c o r s o f r a l ' e m i s s i o n e di u n i m p u l s o e la r i c e z i o n e della sua eco, r i c a v a b i l e con u n a t e c n i c a p a r t i c o l a r e del sistema r e g i s t r a t o r e , ci d à l ' a l t e z z a r i s p e t t o al suolo d e l l o s t r a t o c h e h a riflesso il segnale. Que- sta altezza, r i c a v a t a s u p p o n e n d o c h e l ' o n d a viaggi n e l l a i o n o s f e r a ad u n a velocità c o s t a n t e p a r i a q u e l l a della l u c e n e l v u o t o — il c h e n o n è — si c h i a m a « altezza v i r t u a l e » d e l l o s t r a t o ed è m a g g i o r e d e l l ' a l t e z z a v e r a . A u m e n t a n d o la f r e q u e n z a d e l l ' o n d a , lo s t r a t o ad u n c e r t o m o m e n t o cessa di essere r i f l e t t e n t e , e l ' o n d a lo a t t r a v e r s a . I l v a l o r e della f r e q u e n z a m a s s i m a a n c o r a riflessa si c h i a m a « f r e q u e n - za critica » d e l l o s t r a t o , ed i n c o r r i s p o n d e n z a si h a il v a l o r e mas- s i m o della densità e l e t t r o n i c a i n q u e l p a r t i c o l a r e s t r a t o , p a r i a Ar„ = 1,26 . 1 0 4 ( / ) 2 m h z e l e t t r o n i / c m 3 . I n g e n e r e il c a m p o di f r e q u e n z a d e l l e i o n o s o n d e c o m u n e m e n t e ado- p e r a t e negli osservatori i o n o s f e r i c i è d a 1 a 20 Mhz ca., e q u e s t o p e r l a difficoltà di g e n e r a r e e r i c e v e r e i m p u l s i di m i n o r e f r e q u e n z a . Ciò significa c h e l e i o n o s o n d e sono a t t e ad e s p l o r a r e r e g i o n i i o n o s f e r i c l i e c o n d e n s i t à e l e t t r o n i c a n o n m i n o r e di circa 2 . IO4 e l e t t r o n i / c m 3 , v a l e a d i r e gli s t r a t i E ( q u o t a circa 100 k m ) ed F ( q u o t a f r a 200 e 400 k m ) , e n o n possono d i r c i n u l l a , a l m e n o con sicurezza, delle r e g i o n i i n f e - r i o r i ( s t r a t o D). I n r e a l t à gli s t r a t i E ed F , p a r t i c o l a r m e n t e q u e s t o u l t i m o sono gli s t r a t i d e c i s a m e n t e p i ù i n t e r e s s a n t i , e q u e l l i c h e de- t e r m i n a n o l e c o n d i z i o n i della r a d i o p r o p a g a z i o n e a g r a n d e d i s t a n z a , t a n t o che, s i n c h é si sono r i g u a r d a t i solo p r o b l e m i d i p r o p a g a z i o n e d e l l e o n d e corte, è stata del t u t t o t r a s c u r a t a l ' i m p o r t a n z a di u n even- t u a l e o di e v e n t u a l i s t r a t i a p i ù bassa q u o t a . Q u e s t a p o s i z i o n e si è d o v u t a p e r ò r i v e d e r e n o n a p p e n a si è v o l u t o a f f r o n t a r e il p r o b l e m a d e l calcolo d e l l ' i n t e n s i t à di c a m p o a g r a n d e d i s t a n z a . Si sa c h e u n ' o n d a p r o p a g a n d o s i n e l l a i o n o s f e r a si a t t e n u a . Se l ' i n t e n s i t à di c a m p o e r a En in p a r t e n z a , a l l ' a r r i v o , d o p o u n c e r t o tra- g i t t o nella i o n o s f e r a , essa v a r r à E„ e~F, e T si c h i a m a assorbimento ionosferico r e l a t i v o a q u e l c e r t o t r a g i t t o . I n u n a r e c e n t e m e m o r i a ('1 ) il p r o f . B o l l e ed io a b b i a m o t r a t t a t o , l i m i t a n d o c i al c a m p o delle o n d e c o r t e , la q u e s t i o n e d e l calcolo d e l l ' a s s o r b i m e n t o i o n o s f e r i c o . A b b i a m o d i m o s t r a t o c h e p e r le o n d e c o r t e si p u ò r i t e n e r e , dal p u n t o di vista d e l l ' a s s o r b i m e n t o , c h e il c a m p o g e o m a g n e t i c o n o n h a a p p r e z z a b i l e I 1 ) A n n a l i di G e o f i s i c a , v o i . V , n. 3, 1952. S U L L A M I S U R A D E L L ' A S S O R B I M E N T O I O N O S F E R I O O 563 i n f l u e n z a , ed a b b i a m o poi r i c a v a t o u n serie d i f o r m u l e c b e d a n n o l ' a s s o r b i m e n t o s t r a t o p e r s t r a t o , ed a s e c o n d a c b e l ' o n d a si r i f l e t t a sullo s t r a t o o lo a t t r a v e r s i . I n q u e s t e f o r m u l e , c b e , essendo del t u t t o t e o r i c h e , d o v r a n n o poi a v e r e la c o n t r o p r o v a d e l l ' e s p e r i e n z a , com- p a i o n o c o m e p a r a m e t r i d u e v a l o r i c a r a t t e r i s t i c i d e l l ' o n d a , cioè la f r e q u e n z a e l ' i n c l i n a z i o n e del r a g g i o c o n s i d e r a t o , e d u e c a r a t t e r i s t i c i d e l l o s t r a t o , cioè la f r e q u e n z a d e l l e collisioni f r a e l e t t r o n i l i b e r i e m o l e c o l e n e u t r e (legata alla pressione) e la m a s s i m a d e n s i t à elet- t r o n i c a (legata a l l ' a g e n t e i o n i z z a n t e , cioè alla r a d i a z i o n e solare). Fac- c i a m o u n e s e m p i o t i p i c o : u n ' o n d a c h e si r i f l e t t a sullo s t r a t o F e c h e q u i n d i a t t r a v e r s i lo s t r a t o E e lo s t r a t o D. L ' a s s o r b i m e n t o com- plessivo F sarà la s o m m a d e l l ' a s s o r b i m e n t o in F, r „ F ( a s s o r b i m e n - to d e l l a r e g i o n e deviatrice), p i ù l ' a s s o r b i m e n t o i n E ed in D, r i E + r i D ( a s s o r b i m e n t o n e l l e r e g i o n i n o n deviatrici). O r a , l ' a s s o r b i m e n t o com- plessivo F si p u ò m i s u r a r e con u n o dei m e t o d i c h e descriverò p i ù a v a n t i , e, c o m e b o detto, gli a s s o r b i m e n t i r e l a t i v i agli s t r a t i E e F si possono c a l c o l a r e a p a r t i r e dai d a t i f o r n i t i d a l l e i o n o s o n d e . Si p u ò i s o l a r e cosi il t e r m i n e c o m p e t e n t e d e l l ' a s s o r b i m e n t o dello s t r a t o D, e da q u e s t o r i s a l i r e alle c a r a t t e r i s t i c h e dello s t r a t o stesso. Ciò è di g r a n d e a i u t o p e r la p r e v i s i o n e d e l l ' i n t e n s i t à di c a m p o a l l ' a r r i v o n e l l e c o m u n i c a z i o n i a g r a n d e d i s t a n z a . V e r a m e n t e le c a r a t t e r i s t i c h e dello s t r a t o D si possono r i c a v a r e a n c h e con la tecnica dei s ondaggi ad i m p u l s i , a d o p e r a n d o a p p o s i t e a p p a r e c c h i a t u r e , a l q u a n t o d i v e r s e d a l l e c o m u n i i o n o s o n d e , m a co- m u n q u e f a c i l m e n t e r e a l i z z a b i l i n e i n o s t r i l a b o r a t o r i . I l m o t i v o p r i n - c i p a l e c h e h a d e t e r m i n a t o l ' i n s e r i m e n t o delle m i s u r e s i s t e m a t i c h e del- l ' a s s o r b i m e n t o i o n o s f e r i c o n e l p i a n o di l a v o r o del g r u p p o i o n o s f e r i c o d e l l ' I s t i t u t o N a z i o n a l e di Geofisica è la s t r a o r d i n a r i a u t i l i t à di q u e l l e m i s u r e p e r l o s t u d i o delle r e l a z i o n i t r a f e n o m e n i i o n o s f e r i c i e f e n o - m e n i g e o m a g n e t i c i e solari. Mi l i m i t o a r i c o r d a r e la s t r e t t a connes- s i o n e già d a t e m p o r i l e v a t a f r a le p e r t u r b a z i o n i g e o m a g n e t i c h e ad ini- zio r a p i d o e l e e v a n e s c e n z e b r u s c h e d e l l e r a d i o c o m u n i c a z i o n i , e f r a la c o m p a r s a di m a c c h i e solari e l ' i r r e g o l a r e a n d a m e n t o d e l l a i o n o s f e r a . Q u e s t i sono d u e e s e m p i tipici di q u e s t i o n i c h e sono difficilmente stu- d i a b i l i s p e r i m e n t a l m e n t e con le n o r m a l i i o n o s o n d e , m a c h e si pos- sono r i l e v a r e con g r a n d e c o m o d i t à d a l l ' a n d a m e n t o d e l l ' a s s o r b i m e n t o i o n o s f e r i c o . 2. — E s a m i n e r ò o r a b r e v e m e n t e i m e t o d i c o m u n e m e n t e i m p i e g a t i p e r la m i s u r a d e l l ' a s s o r b i m e n t o i o n o s f e r i c o . 564 P I E R O D O M I N I C I I l p r i m o , e p i ù a n t i c o , c h e c h i a m e r ò « m e t o d o a d o n d a c o n t i - n u a », f u u s a t o l a p r i m a v o l t a d a A p p l e t o n n e l 1930. Q u e s t o m e t o d o si b a s a s u l b e n n o t o f e n o m e n o d e l l ' e v a n e s c e n z a ( f a d i n g ) , d o v u t o al- l ' i n t e r f e r e n z a f r a o n d a d i r e t t a e o n d a s p a z i a l e . U n a s t a z i o n e s i t a i n A (fig. 1) e m e t t e d e l l e r a d i o o n d e di f r e - q u e n z a c o s t a n t e l e q u a l i g i u n g o n o a l p o s t o r i c e v e n t e C — a p o c h e d e c i n e d i c h i l o m e t r i d i d i s t a n z a — s e g u e n d o i n p a r t e i l p e r c o r s o AC ( o n d a d i r e t t a ) e d i n p a r t e i l p e r c o r s o ABC ( o n d a s p a z i a l e ) c o n rifles- s i o n e i n B s u l l a i o n o s f e r a . S u l l ' a n t e n n a d e l r i c e v i t o r e s o n o p r e s e n t i c o n t e m p o r a n e a m e n t e s e g n a l i d o v u t i a l l e d u e o n d e , d i r e t t a e s p a z i a l e ; q u e s t ' u l t i m a è v a r i a m e n t e a t t e - B F i g . 1 n u a t a l u n g o i l p e r c o r s o i o n o - s f e r i c o e d h a u n a c e r t a d i f f e - r e n z a di f a s e