Per la prima volta la ionosfera e la plasmasfera terrestri sono state osservate ‘dall’esterno’, utilizzando i segnali dei sistemi di navigazione satellitare Gps e Galileo ricevuti direttamente sulla superficie della Luna. Il risultato e’ descritto in uno studio pubblicato sulla rivista Geophysical Research Letters e guidato da Claudio Cesaroni, primo ricercatore dell‘Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia (Ingv), in collaborazione con il Politecnico di Torino, nell’ambito dell’esperimento LuGRE (Lunar GNSS Receiver Experiment), missione congiunta della Nasa e dell‘Agenzia spaziale italiana (Asi). Le misure consentono di esplorare regioni dello spazio circumterrestre difficilmente accessibili con le tecniche tradizionali e potrebbero aprire la strada a un futuro osservatorio permanente sulla Luna dedicato al monitoraggio del plasma terrestre e della meteorologia spaziale.
La ionosfera e la plasmasfera costituiscono gli involucri di particelle cariche che avvolgono il nostro pianeta e influenzano la propagazione dei segnali radio utilizzati per la navigazione satellitare e le telecomunicazioni. Fino a oggi queste regioni erano osservate principalmente da radar terrestri o satelliti in orbita bassa, strumenti che presentano tuttavia importanti limitazioni osservative. In particolare, esiste una fascia compresa tra circa 1.000 e 8.000 chilometri di quota, corrispondente alla regione di transizione tra ionosfera e plasmasfera, che risulta scarsamente campionata e rappresenta una sorta di ‘zona cieca’ per le osservazioni convenzionali. L’esperimento LuGRE ha sfruttato una prospettiva completamente nuova. Il ricevitore Gnss, trasportato sulla Luna a bordo del lander Blue Ghost 1 della Firefly Aerospace, lanciato nel gennaio 2025 e atterrato nel marzo dello stesso anno nel Mare Crisium, ha intercettato i segnali provenienti dai satelliti Gps e Galileo dopo che questi avevano attraversato quasi orizzontalmente il plasma terrestre lungo percorsi superiori ai 380 mila chilometri. Questa particolare configurazione geometrica ha consentito di ottenere una sorta di radiografia laterale dell’ambiente di plasma che circonda la Terra.
I ricercatori hanno ricostruito la densita’ elettronica lungo le traiettorie dei segnali calcolando il Contenuto elettronico totale (Tec) e confrontando le osservazioni con le simulazioni del Global core plasma model (Gcpm), uno dei principali modelli utilizzati per descrivere il plasma interno della magnetosfera. I risultati confermano la capacità del modello di riprodurre la struttura generale dell’ambiente circumterrestre, ma evidenziano anche discrepanze significative nella regione di transizione tra ionosfera e plasmasfera. Durante il giorno il modello tende infatti a sovrastimare la densità del plasma, suggerendo che la capacità di ricarica ionosferica potrebbe essere inferiore a quanto ipotizzato.
Nelle ore notturne, al contrario, le misure raccolte da LuGRE mostrano densita’ elettroniche superiori alle attese. Le osservazioni hanno inoltre permesso di individuare strutture fini della distribuzione elettronica non riprodotte dalle simulazioni e di identificare con precisione il confine geometrico della plasmasfera, distinguendo le regioni piu’ dense delle basse latitudini da quelle piu’ rarefatte alle 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 autore dello studio – le differenze che troviamo rispetto ai modelli ci dicono che la rappresentazione attuale dell’ambiente circumterrestre deve ancora essere affinata”. Secondo Cesaroni, il lavoro nasce dall’integrazione di competenze geofisiche e di ingegneria della navigazione satellitare: “La geometria Terra-Luna ci rende particolarmente sensibili alle quote piu’ alte, dove il contributo della plasmasfera e’ dominante e piu’ difficile da misurare con gli strumenti convenzionali”. Gli autori sottolineano che l’esperimento rappresenta una dimostrazione di principio ottenuta sfruttando in modo opportunistico i segnali Gnss. In prospettiva, un ricevitore installato permanentemente sulla superficie lunare potrebbe consentire un monitoraggio continuo e globale del plasma terrestre. Combinando il moto orbitale mensile della Luna con la rotazione quotidiana della Terra, sarebbe infatti possibile ricostruire in quattro dimensioni l’evoluzione delle strutture di plasma e migliorare la comprensione dei fenomeni di space weather che possono disturbare satelliti, sistemi di navigazione e comunicazioni.
