Un “occhio a microonde” per monitorare sempre l’Etna, anche attraverso nuvole e gas

L’Etna è uno dei vulcani più attivi e studiati al mondo, ma anche la rete di monitoraggio più avanzata deve fare i conti con un limite storico: le condizioni meteorologiche. Quando il vertice del vulcano viene avvolto da spesse nubi, pioggia battente o da una densa colonna di ceneri vulcaniche, le tradizionali telecamere termiche (TIR) e ottiche perdono la visuale, lasciando gli operatori a “al buio” durante le fasi più critiche.

Per superare questo ostacolo, il team di ricerca ERO (Etna Radio Observatory), composto da esperti dell’INGV – Osservatorio Etneo, di STMicroelectronics e di RadioAstroLab – tra i quali gli esperti  vulcanologi Alessandro Bonforte e Salvo Caffo; gli studiosi e ricercatori Roberto Maugeri e Flavio Falcinelli – ha condotto una sperimentazione d’avanguardia pubblicata sulla rivista scientifica Remote Sensing: la prima applicazione terrestre di un radiometro a microonde passivo per il monitoraggio continuo delle aree crateriche di un vulcano.

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I classici sensori a infrarossi misurano il calore emesso dalla superficie, ma la loro radiazione viene bloccata dalle goccioline d’acqua delle nubi o dai granelli di cenere. Le microonde, invece, sfruttano lunghezze d’onda più lunghe (tra 10 e 12 GHz) che possiedono la capacità naturale di penetrare la copertura nuvolosa e i gas vulcanici senza subire forti attenuazioni.

Invece di tentare una complessa scansione ad alta risoluzione spaziale, che richiederebbe antenne paraboliche giganti e poco pratiche sul campo, i ricercatori hanno adottato un approccio innovativo:

Puntamento fisso su un target strategico: L’antenna parabolica (da 1 metro di diametro), posizionata presso la Stazione “Paolo Lanza”, ospitata all’interno di Parsifal Park a Nicolosi a circa 12 km dai crateri e 1000 metri di altitudine, è stata puntata in modo permanente verso il settore più attivo dell‘Etna, il Crater di Sud-Est (SEC)

Monitoraggio delle variazioni temporali: l’obiettivo non è fotografare il vulcano, ma ascoltare continuamente l’emissione elettromagnetica naturale dell’area puntata e rilevare ogni variazione improvvisa di “temperatura di brillanza” rispetto al livello di riposo

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Gestione del meteo avverso (giugno 2023): durante un evento di pioggia intensa e grandine, il sistema ha registrato un picco dovuto all’assorbimento dell’acqua nell’aria. Questo test è servito a caratterizzare il rumore meteorologico e dimostrare che le normali nubi o la nebbia non alterano significativamente il segnale, a differenza della pioggia battente

Il transito della nube calda (2 giugno 2025): in una giornata di cielo terso, il radiometro ha captato un picco netto e pulito della durata di circa 3,5 minuti. Si trattava del passaggio di una nube di cenere ad alta temperatura generata da un’esplosione in sommità. L’inconfondibile curva a campana (Gaussiana) del segnale ha permesso ai ricercatori di stimare parametri fisici fondamentali prima difficili da quantificare in tempo reale, come la velocità di transito della nube e la sua temperatura.

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Il Progetto nasce dall’idea di studiare i fenomeni vulcanici utilizzando la radiometria a microonde, già utilizzata in altri ambiti di ricerca (previsioni del tempo, monitoraggio climatico, radioastronomia, propagazione radio). Per l’Etna si utilizza un prototipo di radiometro a microonde, funzionante alla frequenza di 11.2 GHz, collegato all’unità esterna LNB, posizionata sul fuoco di un’antenna parabolica per TV-SAT da 100cm di diametro tipo offset.

Lo scopo del progetto è rilevare le eruzioni vulcaniche, misurando, con ragionevole grado di affidabilità e ripetibilità, l’incremento di emissione termica dovuto agli spot eruttivi caldi che si verificano sulla parete vulcanica rispetto allo scenario ”a riposo” osservato dallo strumento.  Il sistema di monitoraggio a distanza ipotizzato per questo progetto è di natura passiva: utilizzando un radiometro a microonde si riceve la radiazione elettromagnetica naturale dei corpi (come il terreno e l’atmosfera) emessa per effetto della temperatura e delle interazioni energetiche tra gli atomi e le molecole che li costituiscono. Lo strumento osserva lo scenario, sorvegliando alcuni parametri significativi in modo da comprendere come si modifica il suo stato nel tempo e in funzione delle condizioni ambientali. Nella banda delle microonde (compresa fra le lunghezze d’onda millimetriche e decimetriche), contrariamente a quanto avviene nell’infrarosso, le differenze più significative fra le misure radiometriche, sono dovute ai cambiamenti di emissività della regione osservata, secondariamente di temperatura.

Un vantaggio molto importante nell’utilizzo di un radiometro a microonde per lo studio dell’ambiente è che, se ben progettato e costruito, può funzionare automaticamente per lunghi periodi di tempo, quasi in ogni condizione atmosferica e indipendentemente dall’illuminazione solare, senza richiedere la presenza di operatori. La stazione è equipaggiata con sensori per la raccolta dei parametri ambientali, del gas radon, delle vibrazioni d’antenna e delle accelerazioni del suolo, costruiti con tecnologia MEMS da STMicroelectronics. È anche presente una infrastruttura per la trasmissione a lunga distanza senza fili con tecnologia LoRa (Long Range).

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Oltre all’innovazione scientifica, il vero punto di forza di questo progetto sta nell’accessibilità tecnologica. Il sistema è stato realizzato impiegando componenti della radioastronomia amatoriale e commerciale, alimentato completamente a energia solare e gestito tramite software di acquisizione remota. Questo approccio offre uno kit economico e replicabile per la protezione civile e la sicurezza dell’aviazione a livello globale. Molti vulcani attivi nel mondo si trovano in regioni ad alto rischio o in paesi dove l’installazione e la manutenzione di costosi sistemi radar o termocamere di fascia alta non sono finanziariamente sostenibili. L’impiego di piccoli e robusti radiometri a microonde passivi a puntamento fisso rappresenta una soluzione efficace per creare reti di allerta precoce h24 (Early Warning Systems) capaci di guardare attraverso le nuvole e proteggere le popolazioni circostanti.

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Il 10 settembre 2026  l’ Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia – Osservatorio Etneo di Catania, ha emesso un bollettino VONA per l’aviazione, di colore rosso per la presenza in atmosfera di particolato vulcanico. Nello stesso intervallo di tempo il radiometro a microonde della Stazione Paolo Lanza presso Parsifal Park a Nicolosi, registrava un aumento netto del segnale radiometrico, rappresentativo di attività vulcanica mescolata alle nubi in quota. La distanza tra il sensore e l’edificio vulcanico in quasi tutti i suoi 12 km, non è stata interessata da perturbazione. Elaborazione dati Rosario Catania Ero Radio Etna Observatory.

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