Osservatorio geomagnetico permanente presso la stazione concordia, DOME C, Antartide

La funzione di un osservatorio geofisico, come quello geomagnetico di interesse per la presente
proposta, risiede, oltre che nella qualità del dato raccolto e distribuito, anche nella continuità e nella lunga
durata della registrazione dei parametri osservati. Sono proprio queste caratteristiche di sistematicità e
continuità a conferire un valore aggiunto al dato geofisico raccolto negli anni e sempre dallo stesso punto
di osservazione. L'investimento fino ad oggi sostenuto, sia in termini di risorse umane che strumentali e
infrastrutturali, trova un naturale sostegno per gli anni futuri nella possibilità di estendere la finestra
temporale e quella spaziale, in relazione agli altri punti osservativi a terra gestiti da altri paesi, grazie ai
nuovi insediamenti come quello della nuova stazione antartica coreana (Jang Bogo che insiste nello stesso
settore antartico individuato dalle stazioni Mario Zucchelli e Dumont D'Urville) e quella da satelliti in orbita
in un concorso unico finalizzato all'accrescimento conoscitivo dell'evoluzione e dei cambiamenti mostrati
dal campo magnetico terrestre. L'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia ha una lunga e consolidata
tradizione ed esperienza nella istituzione e gestione di osservatori geomagnetici in Italia (Castello Tesino
(TS), L'Aquila, Duronia (CB) e Lampedusa (AG)) e in Antartide: dal 1986 è infatti in funzione l'osservatorio
geomagnetico presso la stazione costiera Mario Zucchelli, e dal 2005, in condivisione con l'EOST di
Strasburgo (Francia) presso la stazione Concordia, nell'entroterra antartico, a Dome C. Quest'ultimo
osservatorio ha un ruolo cruciale perché, oltre a fornire automaticamente tutte le misure magnetiche
necessarie alla comunità scientifica di riferimento attraverso il consorzio INTERMAGNET e i server locali
italiani e francesi, garantisce una elevata qualità dei dati per la presenza continua (sia estiva che invernale)
di operatori che eseguono le misure manuali di declinazione e inclinazione magnetica, necessari per la
calibrazione dei dati automatici. L'Antartide, proprio per l'intrinseca caratteristica di essere un luogo di
difficile accesso, è caratterizzata da un basso livello di rumore elettromagnetico di fondo di natura
antropogenica, oltre ad essere il continente con il più basso tasso di scariche elettriche atmosferiche.
Queste caratteristiche consentono di effettuare studi dettagliati della dinamica della magnetosfera, non
possibili in altri siti del mondo. La stazione Concordia si trova permanentemente all'interno dell'ovale
aurorale e, grazie alla particolare collocazione di questa stazione rispetto agli altri osservatori geomagnetici
antartici che insistono sullo stesso settore è possibile osservare diverse zone della calotta polare nel corso
delle 24 ore, integrando dati da osservatorio e dati con da satelliti, come la recente costellazione di satelliti
SWORM (ESA), recentemente messi in orbita (Novembre 2013) esclusivamente finalizzati al monitoraggio
del campo magnetico terrestre su scala planetaria. La posizione dell’osservatorio di Concordia è inoltre
particolarmente interessante per lo studio delle variazioni del campo geomagnetico di origine esterna in
relazione agli osservatori costieri dello stesso settore antartico che si trovano alla stessa latitudine
magnetica corretta: (Mario Zucchelli station, MZS, Italia), Dumont D’Urville (DRV, Francia) e Scott Base
SBA, Nuova Zelanda); questi tre osservatori costituiscono una rete longitudinale, particolarmente preziosa
per lo studio della propagazione longitudinale dei segnali geomagnetici nonché per la caratterizzazione
della risposta di ciascun osservatorio durante le 24 ore, nelle rispettive differenze dovute alle connessioni
delle linee di forza del campo magnetico terrestre con la magnetopausa e con la coda magnetosferica.
Oltre a questi importanti aspetti scientifici, con i dati dell'osservatorio magnetico di Concordia vengono
svolte numerose altre ricerche per le variazioni lente del campo (variazione secolare) e per lo studio delle
variazioni rapide (tempeste, sottotempeste, micropulsazioni e variazione diurna). Questi ultimi studi si
avvalgono della collaborazione delle osservazioni geomagnetiche nella banda ad alta frequenza condotte
nell'ambito degli studi sulle relazioni Sole-Terra e Space Weather (progetto Super-DARN, presso la stazione
Concordia). Un interessante sviluppo di studi congiunti con gli osservatori dell'alta atmosfera ionizzata
permette la caratterizzazione della climatologia ionosferica in aree polari finalizzata alla determinazione di
modelli più affidabili di ionosfera, per migliorare la comprensione delle interazioni magnetosfera-ionosfera
terrestre e, a livello applicativo, per migliorare la risposta di ricevitori di posizionamento GNSS con fattori
correttivi da perfezionati modelli della dinamica ionosferica (progetto BIS, Bipolar Ionospheric Scintillatio,
presso la stazione Concordia). La continuità della gestione dell'osservatorio di Concordia rappresenta una
condizione necessaria ed essenziale richiesta con forza dalla comunità geomagnetica e di quanti operano
in discipline correlate. I dati raccolti dall'osservatorio sono di accreditata e riconosciuta qualità, e
garantiscono una copertura osservativa irrinunciabile da un'area remota del nostro pianeta. I protocolli di
misura dovranno rimanere immutati rispetto al passato ma occorre verificare la stabilità dell'intera
struttura e, in accordo alle raccomandazioni IAGA e INTERMAGNET, duplicare la catena strumentale per
garantire un back-up dei dati e degli apparati di misura. Uno specifico e approfondito controllo dell'azimut
per le misure assolute dovrà essere ripetuto per monitorare ogni possibile shift degli shelter che ospitano
l'osservatorio. E' necessario mettere a punto un sistema di monitoraggio mediante ricevitori di posizione di
alta precisione e clinometri esterni/interni per verificare possibili spostamenti orizzontali e verticali (e una
loro combinazione) dell'area su cui insiste l'osservatorio; questo permetterebbe di generare fattori
correttivi da applicare alle misure angoli del campo al fine di ottenere la massima affidabilità e precisione
dei dati magnetici. Sarà inoltre curata la produzione degli ANNUARI di osservatorio dei dati raccolti per la
loro distribuzione negli ambienti interessati, accrescendo la diffusione dei dati stessi e dei parametri
derivati.
Alla luce delle difficili condizioni in cui opera l'osservatorio e il rapido sviluppo della tecnologia ci
porta ad introdurre nel progetto una unità di ricerca in tecnologia finalizzata al potenziamento e
ottimizzazione della strumentazione geomagnetica. La peculiare posizione degli strumenti, in una delle
zone più inospitali della Terra, comporta uno stress ed una usura degli strumenti che merita un'attenzione
particolare. Questa unità di ricerca si propone di apportare le necessarie azioni di manutenzione e di
aggiornamento della strumentazione, congiuntamente alla progettazione e realizzazione di prototipi di
acquisitori ad alte prestazioni che possa funzionare a bassissime temperature e con bassissimi consumi di
corrente, basata su schede con processori di nuovissima generazione e porte di comunicazione
configurabili lato client e sincronizzazione con segnale GNSS.

Fra i prioritari obiettivi vi sono il potenziamento strumentale e un articolato sistema di monitoraggio della posizione dell'intero osservatorio. Naturalmente le operazioni di misura sia automatiche che manuali sono attività irrinunciabili per l'esistenza stessa dell'osservatorio e per la realizzazione di studi nel settore. 

Le misure magnetiche dovranno essere condotte con le stesse modalità svolte fino ad oggi. Nel dettaglio, per quanto concerne il potenziamento strumentale si intende istallare uno strumento, già nelle disponibilità del PNRA, che possa misurare la componente scalare del campo e le variazione delle componenti vettoriali in una configurazione tale da fornire anche la variazione delle declinazione e inclinazione magnetica. Lo strumento prodotto dalla Gem Systema (Canada), modello dIdD necessita di un'installazione dedicata, ossia dovrà essere alloggiato in un apposito box protettivo amagnetico, alimentato autonomamente. La sua istallazione dovrà aver luogo nell'area di rispetto per le attività di geomagnetismo per preservare le registrazioni da disturbi antropici che possono verificarsi nella stazione. I dati prodotti, oltre che residenti nel sistema di acquisizione, dovranno essere veicolati verso un server allocato presso la stazione e da li spediti con protocollo email verso l'INGV. 

Il dataset prodotto andrà ad arricchire quello dell'osservatorio principale e ne rappresenterà un sistema di back up e comparazione. Per quanto concerne il sistema di monitoraggio della posizione, si dovrà mettere in funzione un sistema di controllo accurato mediante nuovi ricevitori di posizionamento satellitare per usi da esterno e da collocare permanentemente o per pianificati periodi dell'anno in modo solidale alle strutture (shelter) che costituiscono l'osservatorio geomagnetico stesso. Assieme a questo, si dovranno attivare dei clinometri amagnetici per il controllo in loco delle piattaforme in cui sono installati i sensori magnetici. Questo sistema permetterà di verificare ogni possibile movimento (orizzontale, verticale e una loro combinazione) dell'intera struttura che ospita l'osservatorio e le risultanze saranno rielaborate nell'ottica di determinare eventuali fattori correttivi per i
valori di declinazione e inclinazione magnetiche.

I dati geomagnetici, in tempo reale e i file giornalieri sono visualizzabili e scaricabili al seguente indirizzo URL: geomag.rm.ingv.it

ARTICOLI SCIENTIFICI:

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