Scritto: Venerdì, 13 Novembre 2020 05:52 Ultima modifica: Sabato, 21 Novembre 2020 05:47

Dallo spazio alla Terra: dati nella luce


La luce potrà trasportare e muovere molte più informazioni di quanto non facciano le onde radio, su cui attualmente facciamo affidamento. Un nuovo progetto di ricerca, supportato dalla National Geospatial-Intelligence Agency, propone di utilizzare le proprietà della luce stessa per creare percorsi di dati attraverso le nuvole.

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Dallo spazio alla Terra: dati nella luce Crediti: Rensselaer Polytechnic Institute

L'utilizzo della luce per passare informazioni da un trasmettitore ad un ricevitore è ben noto. L'esempio più semplice e comune è il telecomando ad infrarossi delle televisioni che abbiamo in casa. Ma l'affidabilità, la qualità e la stabilità dei dati trasmessi con la luce precipitano quando le distanze diventano importanti. Soprattutto se il fascio deve attraversare l'atmosfera terrestre, dove il vapore acqueo disperde ed assorbe l'energia luminosa. Quindi, proprio come la luce solare riscalda le nuvole e si rifrange in un bagliore diffuso, così i dati che viaggiano nel'atmosfera vengono dispersi e persi tra i gas. Perciò, come si potrebbe usare la luce per trasmettere informazioni dai satelliti in orbita alla Terra?

"Il mio lavoro è comprendere i costituenti della luce e manipolarli per interagire con la materia. Negli ultimi anni, abbiamo assistito a grandi progressi nell'uso della luce per l'imaging biomedico ed il calcolo quantistico, ma le proprietà fondamentali manipolabili della luce sono le stesse e possono essere usate anche per questi scopi", ha detto Moussa N'Gom, assistente professore di fisica al Rensselaer Polytechnic Institute.

Nel suo laboratorio, N'Gom studia la polarizzazione, che controlla la direzione del campo elettrico della luce; la fase, che altera il modo in cui la luce interagisce con l'ambiente e l'ampiezza delle onde luminose, per creare luce specializzata con capacità insolite.

 

Il segnale in impulsi di plasma

Per inviare dati attraverso l'atmosfera, N'Gom utilizza un laser configurato per generare un impulso di luce così breve, intenso ed uniforme che crea una minuscola sfera di plasma, un gas surriscaldato generato dall'interazione tra l'impulso ed il vapore acqueo delle nuvole nell'aria, lungo il percorso della luce. Per evitare che il segnale degradi ed esca di traiettoria, la sfera di plasma continua a ricevere impulsi assorbendo energia e generando un'altra sfera di plasma lungo il percorso. Ogni impulso dura solo un femtosecondo, 1x10-15 secondi, un tempo incredibilmente breve durante il quale la luce viaggia di circa 6 micron, o la larghezza di un capello umano.

Questo effetto a cascata, derivante dall'interazione ripetitiva tra il treno di impulsi ed il plasma, può generare un filamento laser lungo fino a 100 metri. Lungo quel filamento, le sfere di plasma producono un'onda acustica che disperde il vapore acqueo attorno ad essa. E nel tunnel trasparente che si forma attorno al filamento laser e al suo involucro di plasma, N'Gom può iniettare un secondo flusso di dati a forma di ciambella che viaggia dallo spazio alla Terra senza degradare.

"In questo periodo di tempo molto, molto breve, posso fornire molta energia molto rapidamente, tutto in una volta", ha detto N'Gom. "E questo rompe l'atmosfera. È molto breve ma è così forte e focalizzato in un punto da formare una linea intera, creando un buco tra le nuvole che possiamo usare per inviare informazioni".

Secondo il progetto Free Space Optical Communication Through Dynamic Media, sebbene ogni impulso sia composto da luce nello spettro visibile, con lunghezze d'onda comprese tra 400 e 800 nanometri, e racchiuda un'enorme quantità di energia per la sua durata, questi filamenti sono così brevi che nessuno potrà vederli, né rappresenterà un danno alla vita o l'ambiente (sarà vero???).

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Elisabetta Bonora

Nella vita lavorativa mi occupo di web, marketing e comunicazione, digital marketing. Nel tempo libero sono un'incontenibile space enthusiast e mamma di Sofia Vega.
Mi occupo di divulgazione scientifica, attraverso questo web, collaborazioni con riviste del settore ed image processing delle foto provenienti dalle missioni robotiche. Appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro. Nel 2019 è uscito il mio primo libro "Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno".
Amo le missioni robotiche inviate nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

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