A Sos Enattos un nuovo strumento per osservare con altissima precisione i cambiamenti del campo gravitazionale
di Caterina Zei e INGV Einstein Telescope Team

Una finestra sulla Terra: perché misuriamo la gravità?

La gravità ci appare costante, ma non lo è. Le sue minime variazioni nel tempo e nello spazio possono raccontare come si redistribuiscono le masse nel sistema Terra e fornire informazioni su processi che avvengono nell’atmosfera, nell’idrosfera e all’interno del pianeta.

Misurare variazioni così piccole richiede strumenti capaci di cogliere segnali estremamente deboli. Il gravimetro superconduttore è in grado di registrare variazioni infinitesime dell’accelerazione gravitazionale e di seguirne l’andamento nel tempo.

Che cosa ci raccontano le variazioni della gravità

I dati forniti da questa tecnologia permettono di approfondire diversi campi di ricerca per l’ambiente e la geofisica tra cui: 

• Rilevare la circolazione dei fluidi nel sottosuolo: dai movimenti degli acquiferi e delle risorse idriche profonde fino alle dinamiche dei magmi e dei fluidi idrotermali.

• Studiare la risposta elastica della Terra: monitorando le maree terrestri, ossia le deformazioni della crosta solida indotte dall’attrazione esercitata da Luna e Sole.

• Rilevare le deformazioni tettoniche: registrando variazioni legate ad accumuli di sforzo o a dinamiche sismiche e vulcaniche.

Le misure di gravità non servono però soltanto a osservare variazioni nel tempo: sono fondamentali anche per descrivere il campo gravitazionale terrestre e definire il geoide.

La vera forma della Terra: come si misura il Geoide

Il Geoide è una superficie equipotenziale del campo di gravità terrestre che coincide, idealmente, con il livello medio degli oceani e con il suo prolungamento  al di sotto dei continenti. Per capire meglio cosa significa “superficie equipotenziale” proviamo a pensare all’acqua: il geoide è la superficie dove l’acqua non scorre in nessuna direzione perché si trova tutta allo stesso “livello energetico”. Se lasciassimo cadere un oggetto da questa superficie, cadrebbe dritto, perfettamente perpendicolare, senza deviare né a destra né a sinistra. Poiché la Terra non è una sfera perfetta e le masse interne sono distribuite in modo eterogeneo, il geoide (Fig. 1) presenta “avvallamenti” e “rilievi” rispetto all’ellissoide di riferimento, cioè il modello matematico utilizzato per rappresentare in forma semplificata la forma della Terra. I colori in Fig. 1 rappresentano le “anomalie del geoide” ovvero le distanze tra il modello matematico e la forma reale del geoide.

Le misure ad altissima precisione del gravimetro superconduttore, unite ai dati satellitari e alle reti globali terrestri, permettono di aggiornare costantemente i modelli del Geoide. Questo è fondamentale sia per studiare i cambiamenti ambientali sul pianeta, sia per migliorare la precisione dei sistemi di navigazione satellitare (GPS/GNSS). 

Come funziona il gravimetro superconduttore?

Per capire l’innovazione di questo strumento, immaginiamo prima un gravimetro tradizionale: per misurare la gravità, questo utilizza una classica molla a cui è appesa una massa. Se la gravità aumenta leggermente, la massa  è attratta verso il basso e la molla si allunga; se la gravità diminuisce, la molla si accorcia. Le molle meccaniche, tuttavia, con il tempo si usurano, risentono delle variazioni di temperatura e possono perdere progressivamente in prestazioni, compromettendo la precisione della misura.

Il gravimetro superconduttore (Fig. 2) elimina del tutto molle e componenti meccaniche in tensione, sfruttando un principio della fisica quantistica: la superconduttività. Ecco, in sintesi, come funziona lo strumento:

• • Il raffreddamento estremo: l’interno dello strumento viene raffreddato a circa -269 °C tramite elio liquido. Questa temperatura attiva la superconduttività nei metalli, consentendo alla corrente di fluire senza alcuna resistenza. 

  • La sfera che “fluttua” nell’aria: al posto della tradizionale molla, il campo magnetico generato dalla corrente fa galleggiare nel vuoto una minuscola sfera di niobio, in totale assenza di attrito e contatto.

  • La misura microscopica: ogni minima variazione della gravità sposta la sfera. Lo strumento misura la forza necessaria a mantenerla ferma, registrando variazioni infinitesimali: fino a un miliardesimo rispetto al valore normale. 

Sos Enattos, l’Einstein Telescope e la rete scientifica mondiale

Presso la miniera di Sos Enattos a Lula (NU), i ricercatori dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia hanno completato con successo l’installazione, il collaudo e la messa in funzione del gravimetro superconduttore GWR iGrav#070 (Fig.2). Lo strumento fa parte di Sardinia FABER (Far Fault Observatory), osservatorio a basso rumore finanziato dal PNRR all’interno del progetto MEET, coordinato dall’INGV per il potenziamento delle infrastrutture geofisiche italiane.

L’installazione si inserisce nella caratterizzazione del sito candidato a ospitare l’Einstein Telescope (ET), il futuro osservatorio europeo di terza generazione per le onde gravitazionali. La stabilità geologica e la silenziosità sismica dell’area sarda consentiranno all’iGrav di misurare le micro-variazioni della gravità con altissima sensibilità, isolando i disturbi ambientali che potrebbero limitare i rivelatori di onde gravitazionali.

I dati raccolti a Sos Enattos confluiranno nei circuiti internazionali, tra cui l’IGETS (International Geodynamics and Earth Tide Service), e contribuiranno ad arricchire la Rete Gravimetrica Fiduciale Nazionale istituita dall’INGV nel 2023. L’infrastruttura rientra nelle attività del Centro Servizio Gravimetrico Nazionale (CSGN) — nato nel 2025 per coordinare le osservazioni nazionali — e si affianca agli altri gravimetri superconduttori già attivi in Italia, tra cui quelli dell’INGV sull’Etna e quello dell’Università degli Studi di Napoli Federico II ai Campi Flegrei.

INGV Einstein Telescope Team:
Spina Cianetti, Domenico Di Mauro, Carlo Giunchi, Filippo Greco e Marco Olivieri