A cosa serve il radar?
Foto: Uno scienziato regola una parabola radar per seguire i palloni meteorologici nel cielo. I palloni meteorologici, che misurano le condizioni atmosferiche, portano sotto di loro degli obiettivi riflettenti per far rimbalzare i segnali radar in modo efficiente. Foto per gentile concessione del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Il radar è ancora più familiare come tecnologia militare. Le antenne radar montate negli aeroporti o in altre stazioni di terra possono essere usate per rilevare aerei o missili nemici in avvicinamento, per esempio. Gli Stati Uniti hanno un Ballistic Missile Early Warning System (BMEWS) molto elaborato per rilevare i missili in arrivo, con tre grandi stazioni di rilevamento radar a Clear in Alaska, Thule in Groenlandia e Fylingdales Moorin Inghilterra. Non sono solo i militari che usano il radar, comunque. La maggior parte degli aerei civili e le barche e le navi più grandi ora hanno anche il radar come aiuto generale alla navigazione. Ogni grande aeroporto ha un enorme piatto di scansione radar per aiutare i controllori del traffico aereo guidare gli aerei dentro e fuori, qualunque sia il tempo. La prossima volta che ti dirigi verso un aeroporto, guarda la parabola rotante del radar montata su o vicino alla torre di controllo.
Potresti aver visto gli agenti di polizia usare pistole radar ai bordi delle strade per rilevare le persone che guidano troppo velocemente. Questi sono basati su una tecnologia leggermente diversa chiamata radar Doppler.Probabilmente hai notato che la sirena di un’autopompa sembra calare di tono mentre urla. Quando il motore guida verso di voi, le onde sonore dalla sua sirena sono effettivamente compressi in una distanza più breve, quindi hanno una lunghezza d’onda più breve e una frequenza più alta – che sentiamo come un pitch.When il motore guida lontano da voi, funziona il oppositeway rendendo le onde sonore più lungo in lunghezza d’onda, infrequenza inferiore, e più basso in pitch. Così si sente un calo abbastanza evidente nel tono della sirena nel momento esatto in cui passa. Questo si chiama effetto Doppler.
La stessa scienza è al lavoro in una pistola radar. Quando un poliziotto spara un raggio radar alla vostra auto, la carrozzeria metallica riflette il raggio direttamente indietro. Ma più velocemente la tua auto viaggia, più cambierà la frequenza delle onde radio nel fascio. L’attrezzatura elettronica sensibile nella pistola radar usa queste informazioni per calcolare la velocità della tua auto.
Foto: Radar in azione: Un autovelox Gatso progettato per far rispettare il limite di velocità, inventato dal pilota Maurice Gatsonides. Foto scattata al Think Tank, Birmingham, Inghilterra da Explain that Stuff.
Il radar ha molti usi scientifici. Il radar Doppler è usato anche nelle previsioni del tempo per capire quanto velocemente si muovono le tempeste e quando è probabile che arrivino in particolari paesi e città. In effetti, i meteorologi sparano fasci di radar nelle nuvole e usano i fasci riflessi per misurare la velocità con cui la pioggia viaggia e quanto velocemente sta cadendo. Gli scienziati usano una forma di visibleradar chiamata lidar (light detection andranging) per misurare l’inquinamento atmosferico con i laser. Gli archeologi e i geologi puntano il radar nel terreno per studiare la composizione della terra e trovare depositi sepolti di interesse storico.
Foto: Radar in azione: Un’unità radar Doppler scansiona il cielo.Foto per gentile concessione del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Un posto dove il radar non è usato è per aiutare i sottomarini a navigare sott’acqua. Le onde elettromagnetiche non viaggiano facilmente attraverso l’acqua marina densa (ecco perché è buio nell’oceano profondo). Invece, i sottomarini usano un sistema molto simile chiamato SONAR (Sound Navigation And Ranging), che usa il suono per “vedere” gli oggetti invece delle onde radio. I sottomarini, tuttavia, hanno sistemi radar che possono usare mentre si muovono sulla superficie dell’oceano (come quando entrano ed escono dal porto).
Foto: Un geologo sposta un trasmettitore radar (montato su una ruota di bicicletta) sul terreno per studiare la composizione della Terra sottostante. Il suo partner nel pickup dietro interpreta i segnali radar su un display elettronico. Questo tipo di radar a penetrazione del suolo (GPR) è un esempio di geofisica. Foto per gentile concessione del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Contromisure: come si può evitare il radar?
Il radar è estremamente efficace per individuare aerei e navi nemiche, tanto che gli scienziati militari hanno dovuto sviluppare un modo per aggirarlo! Se hai un superbo sistema radar, è probabile che anche il tuo nemico ne abbia uno. Se tu puoi individuare i suoi aerei, lui può individuare i tuoi. Quindi hai davvero bisogno di aerei che possano in qualche modo “nascondersi” nel radar del nemico senza essere individuati. La tecnologia stealth è progettata per fare proprio questo: potresti aver visto il bombardiere stealth B2, dall’aspetto sinistro, dell’aeronautica militare statunitense, le cui linee spigolose e le finestre rivestite di metallo sono progettate per disperdere o assorbire i fasci di onde radio in modo che gli operatori radar nemici non possano individuarli. Un aereo stealth è così efficace nel fare questo che appare sullo schermo radar senza più energia di un piccolo uccello!
Foto: L’insolita forma a zig-zag nella parte posteriore di questo bombardiere stealth B2 è una delle tante caratteristiche progettate per disperdere le onde radio in modo che l’aereo “scompaia” sugli schermi radar nemici. Anche le ali anteriori arrotondate e i motori e i tubi di scarico nascosti aiutano a mantenere l’aereo invisibile. Foto di Bennie J. Davis III per gentile concessione della US Air Force.
Chi ha inventato il radar?
Il radar può essere ricondotto a un dispositivo chiamato Telemobiloskop (talvolta scritto alla francese, Télémobiloscope), inventato nel 1904 dall’ingegnere elettrico tedesco Christian Hülsmeyer (1881-1957). Dopo aver sentito parlare di una tragica collisione tra due navi, ha trovato il modo di usare le onde radio per aiutarle a vedersi l’un l’altra quando la visibilità era scarsa.
Artwork: Il radar prima del radar: Il Telemobiloskop di Christian Hülsmeyer ha preceduto il radar di oltre tre decenni, ma era essenzialmente lo stesso concetto. Questa opera d’arte è basata su un disegno di uno dei brevetti di Hülsmeyer del 1904 che mostra come l’apparato di trasmissione e ricezione montato su una nave potrebbe essere usato per rilevare altre navi vicine. I fasci sono “Onde Hertziane” – quello che oggi chiameremmo onde radio – che sparano fuori da un apparato montato su cardano che rimarrebbe sempre verticale nonostante i movimenti oscillanti del mare.
Anche se molti scienziati hanno contribuito allo sviluppo del radar, il più noto tra loro è stato un fisico scozzese chiamato Robert Watson-Watt (1892-1973). Durante la prima guerra mondiale, Watson-Watt andò a lavorare per il Britain’sMeteorological Office (la principale organizzazione di previsioni del tempo del paese) per aiutarli a usare le onde radio per rilevare le tempeste in avvicinamento.
Nel periodo precedente la seconda guerra mondiale, Watson-Watt e il suo assistente Arnold Wilkins si resero conto che potevano usare la tecnologia che stavano sviluppando per rilevare aerei nemici in avvicinamento.Una volta dimostrato che l’attrezzatura di base poteva funzionare, costruirono una rete elaborata di rilevatori radar a terra intorno al sud e all’est della costa britannica. Durante la guerra, le difese radar della Gran Bretagna (note come Chain Home) le diedero un enorme vantaggio sulle forze aeree tedesche e giocarono un ruolo importante nella vittoria finale degli alleati. Un sistema simile fu sviluppato nello stesso periodo negli Stati Uniti e riuscì persino a rilevare l’avvicinamento degli aerei giapponesi sopra Pearl Harbor, nelle Hawaii, nel dicembre 1941, anche se nessuno capì il significato di così tanti aerei in avvicinamento fino a quando non fu isolato.
