Alessandro Caporali

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Ricevimento

Lun08:3010:30Dipartimento di Geoscienze

Profilo

Curriculum Vitae

Alessandro Caporali è nato a Padova il 16.01.1952 da una famiglia di agricoltori. Ha conseguito la Maturità Classica presso il Liceo Tito Livio nel 1970 e si e' laureato in Fisica a Padova nel 1975 con una tesi dal titolo ‘Sistemi isolati in Relatività Generale’, relatore Prof. Fernando de Felice, con la votazione 110/110 e lode.

Nel 1979, come borsista della Max Planck Gesellschaft (Società Max Planck), ha conseguito il dottorato di ricerca tedesco presso la Ludwig Maximilian Universitaet/Max Planck Institut fuer Physik und Astrophysik di Monaco di Baviera in gravitazione relativistica con una tesi dal titolo ‘Eine Naehrungsmethode fuer die Beschreibung der Bewegung Ausgedehnten Koerper in der Allgemeine Relativitaetstheorie’ (Un metodo di approssimazione per la descrizione del moto di corpi estesi nella teoria della Relatività Generale), relatore Prof. Juergen Ehlers, riportando la votazione ‘sehr gut’. La Tesi prendeva spunto dal lavoro del Prof. Subrahmanyan Chandrasekhar (Università di Chicago, Nobel per la Fisica nel 1983) sulla approssimazione post Newtoniana della Relatività Generale, che consentiva sia il calcolo di perturbazioni orbitali ad es. nell’orbita di Mercurio, della Luna e di satelliti artificiali, sia il calcolo della radiazione gravitazionale emessa da stelle doppie, quale ad es. la Pulsar Binaria PSR1913+16 scoperta proprio in quegli anni dal Prof. Jo Taylor (Univ. del Massachusetts, Ahmrest, Nobel per la Fisica nel 1993).

Dal 1979 al 1985 ha svolto ricerche in fisica gravitazionale negli Stati Uniti, presso il Marshall Space Flight Center della NASA come borsista post doc della National Academy of Sciences. Si trattava di analizzare i dati Doppler trasmessi da un razzo in volo balistico e con a bordo un oscillatore atomico maser all’idrogeno al fine di verificare con la massima precisione il redshift gravitazionale previsto dalla Relatività Generale. Un secondo esperimento prevedeva l’analisi dei dati di un giroscopio di alta precisione, raffreddato all’elio liquido e montato su un satellite drag free, in grado di misurare la precessione di Lense Thirring e la componente ‘gravitomagnetica’ della gravità, prevista dalla Relatività Generale.

Al Marshall entrò in contatto con il Prof. Giuseppe Colombo, allora responsabile del progetto Tethered Satellite System (TSS, o ‘satellite al guinzaglio’) che lo indirizzò verso la meccanica celeste e la dinamica dei satelliti artificiali. Terminato il post doc al MSFC si postò presso il Department of Earth and Planetary Sciences del Massachusetts Institute of Technology di Cambridge, Massachusetts, specializzandosi in geodesia satellitare mediante telemetria laser sul satellite LAGEOS, radiointerferometria a microonde con sorgenti radio extragalattiche (VLBI o Very Long Baseline Interferometry) e con i primi satelliti GPS, sotto la guida dei Proff. Giuseppe Colombo (Università di Padova e di Harvard) e Irwin Shapiro (MIT).

Dipendente della Societa' Telespazio S.p.a per le Comunicazioni Satellitari (Gruppo IRI STET). di Roma fino al 1985 ha seguito fin dalle prime fasi l'ideazione e realizzazione del Centro di Geodesia Spaziale di Matera, per conto del Piano Spaziale Nazionale (oggi ASI Agenzia Spaziale Italiana), diretto dal prof. Luciano Guerriero. Nel Centro di Geodesia Spaziale di Matera è stata installata nel 1982 una prima stazione di telemetria laser, in coordinamento con lo Smithsonian Astrophysical Observatory/ Harvard University, e in seguito un radio telescopio da 20 m per la tecnica VLBI, dando seguito alle idee dei Proff. Colombo (Padova), Guerriero (Bari), Puppi (Bologna) e Dal Piaz (Padova) circa la misura diretta della tettonica attiva nel bacino del Mediterraneo con tecniche satellitari.

E' stato Ricercatore Universitario presso il Dipartimento di Fisica dell'Universita' di Padova fino al 1987, poi Professore Associato di Fisica Sperimentale presso l'Universita' di Bari fino al 1992. Professore di Geodesia presso il Dipartimento di Geologia, Paleontologia e Geofisica dell'Universita' di Padova, raggruppamento D04A (ora GEO10). Professore Ordinario di Geofisica della Terra Solida (SSD GEO10) presso la Facoltà di Ingegneria, Università di Padova, da Giugno 2010.

Nel 1987 fu contattato tramite il Prof. Antonio Rostagni dal Prof. Ardito Desio dell’Università di Milano, che nel 1953 aveva guidato la spedizione alpinistica che culminò con la conquista del K2 in Pakistan. Il Prof. Desio cercava un esperto di geodesia satellitare, in particolare GPS, per la verifica delle quote dell’Everest e del K2, che erano state messe in discussione. Caporali effettuò le misure delle due cime nell’arco di un mese con misure satellitari e geometriche dai campi base rispettivamente tibetano e pakistano, confermando con lievi aggiustamenti le misure effettuate dal Survey of India nella seconda metà del 1800. Negli anni successivi 1988, 1990, 1992, 1994, 1998, seguendo le indicazioni di Desio e del prof. Bruno Zanettin (Padova), ha partecipato come responsabile geodetico/geofisico alle campagne di misura gravimetriche in Cina, Nepal e Pakistan del Progetto Everest-K2 CNR, diretto dal Prof. Ardito Desio, La ricerca ha prodotto una nuova mappa delle anomalie gravimetriche in Himalaya occidentale, con la dimostrazione del ripiegamento della litosfera a varie lunghezze d’onda a seguito della collisione India-Eurasia.

Nel 1992 è stato prescelto da NASA e ASI per contribuire alla Missione LAGEOS 2 per studi innovativi di Geodinamica, Rotazione Terrestre e Relatività Generale.

LAGEOS 2 è un follow up della missione LAGEOS 1 (NASA 1976) volta a costruire un satellite di
forma sferica, passivo e del diametro di 0.6 m e massa di oltre 400 kg, e metterlo in un’orbita inclinata di circa 50 gradi sull’equatore. Il tracking avviene per mezzo di un raggio laser da stazioni di terra, tra le quali quella del Centro ASI di Matera intitolata a Giuseppe Colombo, Entrambi i satelliti sono ricoperti di specchi riflettenti del raggio laser. La coppia LAGEOS 1 e 2 consente di posizionare con precisione centimetrica le stazioni di terra, determinare gli spostamenti relativi causati dai movimenti tettonici e misurare le oscillazioni dell’asse di rotazione terrestre e le variazioni della velocità angolare di rotazione della Terra (moto del polo). L’orbitografia di precisione infine consente di misurare la rotazione relativa dei due piani orbitali causata dalla ‘componente magnetica‘ del campo gravitazionale, prevista dalla Teoria della Relatività Generale in analogia con il potenziale vettore dell’elettromagnetismo classico.

A Padova ha installato nel 1994 una stazione permanente GPS che opera in supporto all’International GPS Service basato al CalTech/NASA Jet Propulsion Laboratory, California e dell’EUREF, la rete GPS europea. Sempre a Padova è responsabile del Centro di Elaborazione Dati GPS denominato UPA, per il mantenimento della rete geodetica Europea EUREF. Nel 2009 ha partecipato, insieme al Politecnico di Milano e Università di Bologna, al calcolo della Rete Dinamica Nazionale progettata dall’ Istituto Geografico Militare come nuovo Standard Geodetico Nazionale, adottato con DM 48 del 27 febbraio 2012 (supplemento ordinario n. 37), in conformità con la direttiva europea INSPIRE sulla standardizzazione dei dati territoriali. La stazione GPS di Padova, e il centro di elaborazione dati GPS installato presso il CISAS, si sono evoluti in ambito regionale come centro di gestione della rete GNSS della Regione del Veneto, che opera servizi di georeferenziazione e navigazione in tempo reale utilizzati da oltre 2500 utenti registrati, per applicazioni che vanno dal rilievo catastale al rilevamento geologico, al monitoraggio della subsidenza nel delta del Po e alla agricoltura di precisione. Quest’ ultima attività è stata oggetto di finanziamento dalla Fondazione CARIPARO, in collaborazione con il Dipartimento TESAF e DAFNAE dell’Università di Padova e Veneto Agricoltura. Le costellazioni supportate sono GPS (USA), Glonass (Russia), Galileo (Europa), BeiDou (Cina), IRNSS (India) e QZSS (Giappone). Attualmente la rete GNSS veneta è finanziata da Veneto Agricoltura e dall’Ufficio Cartografico della Regione del Veneto, con il CISAS responsabile tecnico operativo.

Il centro di elaborazione dati presso il CISAS effettua settimanalmente il calcolo di una rete di circa 600 stazioni GNSS italiane che densifica la Rete Dinamica Nazionale dell’IGM e integra le reti geodetiche regionali, nell’ambito del coordinamento delle Regioni. I risultati del calcolo vengono a loro volta integrati con analoghe densificazioni in ambito europeo, a sostegno di un sistema cartografico europeo omogeneo e interoperabile, come prescritto dalla Direttiva INSPIRE. Viene generato settimanalmente un Bollettino con le coordinate aggiornate delle stazioni. Queste servono ad aggiornare le coordinate delle stazioni che a livello regionale irradiano correzioni differenziali RTK (Real Time Kinematic) in streaming via Web. Dal 2019 questa attività viene svolta in collaborazione con la Società SOGEI Spa del Ministero dell’Economia nell’ambito di un accordo bilaterale di cooperazione.

Negli anni 2000 Caporali si è concentrato sulle variazioni temporali delle coordinate delle stazioni della rete, dell’ordine del mm/anno, correlandole con l’attività sismica e le strutture geologiche potenzialmente sismogenetiche, in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e il Dipartimento della Protezione Civile. L’analisi della deformazione della crosta mediante dati satellitari nell’area italiana, congiuntamente ai dati di sismicità storica forniti dall’INGV, ha portato a identificare quelle faglie sismicamente attive con un maggiore accumulo di energia elastica, e quindi potenzialmente più prone al rilascio improvviso di energia sismica. Questo approccio segna una svolta nella definizione della pericolosità sismica, fino ad allora calcolata probabilisticamente sulla base dei cataloghi storici, ma rivelatasi di scarsa attendibilità.

Nel 2019 Caporali ha pubblicato sul Journal of Geophysical Research la prima mappa tridimensionale delle variazioni temporali dello sforzo crostale in Appennino Centrale, calibrata con i terremoti del 2009 (L’Aquila) e 2016 (Amatrice), nella quale vengono integrati i dati di deformazione tettonica regionale, misurati con il satellite, i meccanismi focali dei terremoti più importanti elencati nel catalogo INGV, e la struttura delle faglie ritenute attive e descritte nel Database of Individual Seismogenic Sources dell’INGV.

Nell’ottica di una diversificazione tecnologica, e per sfruttare nuovi satelliti per le osservazioni della Terra messi in orbita dall’ESA, nel 2018 Caporali ha installato presso il CISAS e in collaborazione con la TU di Delft (Geodesia e Ingegneria Aerospaziale) un transponder attivo in grado di amplificare rilanciare i segnali a microonde trasmessi da taluni satelliti per le osservazioni della terra. L’obbiettivo è di fornire un punto di calibrazione per i dati InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) dai satelliti Sentinel dell’ESA, per il monitoraggio delle deformazioni verticali, di particolare interesse in aree come il Veneto Orientale interessate da subsidenza.

E' stato coordinatore nazionale del progetto nazionale del CNR sulla Geodinamica dell'Area Alpina Mediterranea, e ha partecipato a progetti finanziati dalla Comunità Europea nell'ambito del 5. e 6. Programma Quadro, e responsabile locale dei Progetti S2 (2006-2008) e S1 (2009-2010) dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia e Dipartimento della Protezione Civile sulla ‘Valutazione del potenziale sismogenetico e probabilità di forti terremoti in Italia’: si trattava di stimare le velocità e il tasso di deformazione della crosta superficiale in Italia sulla base di dati GPS, e valutare la correlazione con la sismicità delle principali zone sismiche Italiane al fine di stimare un primo bilancio energetico accumulo/rilascio.

È stato fino al 2009 Co-chairman del Central European Geodynamic Research Network. Nel 2010 è stato eletto Chairman per il periodo 2010-2015, carica ricoperta fino al 2021. E' membro permanente del Governing Board dell'EUREF, in qualità di rappresentante Italiano, su designazione ASI e Istituto Geografico Militare. Nel 2011 è stato eletto all’unanimità Segretario Generale dell’EUREF, e alla scadenza del mandato è stato nominato Socio Onorario. Fa parte del Thematic Working Group 1 (Reference Frames) e 2 (2D and 3D grids) nell’ambito della Direttiva Europea INSPIRE per l’armonizzazione dei dati territoriali. Fa parte del Gruppo Nazionale di Geofisica della Terra Solida del CNR, dell'European Geophysical Society e dell'American Geophysical Union.

Nel 2018 ha fatto parte del comitato fondatore dell’Unione Geofisica Italiana, ricoprendo l’incarico di Presidente dal 2018 al 2021, diventando poi Socio Onorario.

Ha partecipato al progetto Europeo Galileo Reference Center – Member States (GRC-MS, poi rinominato in GEMOP) finanziato dalla Galileo Supervising Authority della Commissione Europea (ora EUSPA), come responsabile dell’interoperabilità del sistema Galileo con i sistemi GPS, Glonass e BeiDou, e dell’allineamento del Sistema di riferimento Galileo con il sistema di riferimento Internazionale ITRF. Nel 2022 il gruppo di Padova, passato sotto la guida del Prof. Marco Pertile del Dipartimento di Ingegneria Industriale, viene coinvolto da EUSPA nei test del segnale HAS (High Accuracy Service) trasmesso dai satelliti Galileo e ricevuto dalla stazione GNSS installata presso l’Osservatorio di Asiago. Questo segnale consente di migliorare a livello decimetrico la misura di posizione e velocità mediante le costellazioni GPS e Galileo.

Ha partecipato insieme a SOGEI Spa al progetto GISCAD-OV finanziato dalla Comunità Europea (Horizon 2020) per il calcolo delle coordinate delle stazioni Europee GNSS partecipanti al progetto.

Pur essendo la Ricerca di Base il campo di maggiore interesse, nel campo della Ricerca Applicata sono state svolte le seguenti attività:

• 1994-1996: in collaborazione con Alenia Spa, determinazione orbitale di satelliti scientifici in orbita bassa usati per le osservazioni della Terra, quali il tedesco CHAMP, il canadese Radarsat 1 e l'argentino SAC - C, tutti regolarmente lanciati
• 1996 – 1998: con MARIPERMAN (Marina Militare, La Spezia) e il Centro NATO SACLANT di La Spezia, sviluppo di sensori GPS installati su boe alla deriva dotate di sensori acustici, per operazioni di monitoraggio.
• 2005 – 2006: sono state svolte ricerche nell’ambito di contratti con il Consorzio Catania Ricerche e la ditta ANTECH S.p.a. di Catania per la realizzazione su scheda Rabbit di un sistema di puntamento di antenne di telecomunicazione satellitare installate su mezzi mobili della Protezione Civile, usando il sistema interferometrico GPS per la definizione del Nord geografico con precisione di 0.3 gradi in tempi dell’ordine di qualche secondo. Il progetto, sviluppato dagli studenti di Ingegneria Aerospaziale Redi Andrea e Caporali Guido, e dal post doc Andrea Dalla Torre, vinse nel 2006 il premio StartCup Giovani dell’Università di Padova.
• 2006 -2008 svolge ricerche nell’ambito di contratti con la SEPA Spa di Torino e il Consorzio Torino Wireless per lo sviluppo di un sensore interferometrico satellitare in tempo reale per la rilevazione di spostamenti e deformazioni in manufatti o aree a rischio di frana o subsidenza.
• 2005-2021: Responsabile della Rete GNSS Veneto, per conto della Regione del Veneto, operazione di una rete di 26 stazioni GNSS nel Veneto per la disseminazione di correzioni differenziali e allineamento della rete alla rete europea EUREF, secondo gli standard della Direttiva Europea Inspire.
• 2022 -presente: monitoraggio con tecniche satellitari del rigassificatore offshore della società Adriatica Spa, posizionato di fronte a Porto Viro (Rovigo).

Attività didattica in Italia
Presso l’Università di Padova, come Ricercatore Universitario:
dal 1984 al 1987: Esercitazioni di Fisica II per C.d.L in Chimica;
dal 1984 al 1987: Laboratorio di Fisica II per C.d.L in Ingegneria Elettronica
Presso l’Università di Bari, come Professore Associato:
dal 1988 al 1992: Teorie Relativistiche della Gravitazione per C.d.L. in Fisica;

Presso l’Università di Padova, come Professore Associato di Geodesia, dal 1992 al 2010, e come Professore Ordinario dal 2010 al 2022:
1993 1994 Geodesia per C.d.L. in Scienze Geologiche;
1995 2009 Topografia e Cartografia/ Laboratorio di Geomatica per C.d.L. in Scienze Geologiche
2000 presente Fisica Terrestre per C.d.L. in Scienze Geologiche
1994 2002: Docente di ‘Determinazione Orbitale di Satelliti Artificiali e Navigazione Satellitare’, Corso di Perfezionamento in Sistemi Spaziali, Facoltà di Ingegneria, Dipartimento di Ingegneria Meccanica
1996 2002: Direttore del Corso di Perfezionamento in Sistemi Spaziali, Facoltà di Ingegneria, Dipartimento di Ingegneria Meccanica
2002 2004: Direttore del Master in Astronautica e Scienze da Satellite (Interfacoltà: Ingegneria e Scienze MMFFNN)
1995 2016: Docente al Corso di Perfezionamento in Medicina di Montagna, Facoltà di Medicina e Chirurgia.
2009 2021: Responsabile del Corso di Navigazione Satellitare/Satellite Navigation, C.d.L. in Ingegneria Aerospaziale

Impatto dell’attività di ricerca nei contenuti della didattica

Il corso di Topografia e Cartografia, nel quale gli studenti di Geologia imparavano l’uso di strumenti di misura tradizionali quali la livella e il teodolite, e prendevano confidenza con le carte topografiche ‘cartacee’, fu trasformato radicalmente. Il rilevamento sul terreno veniva ora fatto con i satelliti GPS che misuravano direttamente le coordinate in 3 dimensioni. Alla cartografia ‘cartacea’ veniva sostituita la cartografia vettoriale resa disponibile dalla Regione Veneto, e la gestione delle informazioni geologiche veniva effettuata con tecniche informatiche di layers tematici sovrapposti alla cartografia di base.

Il corso di Fisica Terrestre per il C.d.L. in Scienze Geologiche, tradizionalmente di supporto alla Geologia Applicata, fu trasformato in un corso sulla Fisica del Sistema Terra, con testi e programmi modulati su analoghi corsi tenuti al Massachusetts Institute of Technology, con enfasi sulla Tettonica delle Placche, Teoria dell’elasticità, onde sismiche e meccanica dei terremoti, anomalie gravimetriche e aspetti termodinamici della subduzione, tema questo ulteriormente sviluppato e arricchito dal Prof. Manuele Faccenda del Dipartimento di Geoscienze. Caporali introdusse l’uso di Matlab nella modellazione dei processi geofisici, e il FEMLAB per una prima introduzione al metodo degli elementi finiti per modellare sia deformazioni di rocce in regime viscoelastico, sia il trasporto di calore.

Il corso di Navigazione Satellitare per il C.d.L. di Ingegneria Aerospaziale fu introdotto ex novo, su suggerimento dei Prof. Andrea Rinaldo e Pierfrancesco Brunello, allora Preside della Facoltà di Ingegneria. Si trattava di sviluppare sia la parte tecnologica riguardante le orbite, i satelliti, i segnali e i ricevitori di terra, con i relativi algoritmi di elaborazione, sia le applicazioni specifiche riguardanti il monitoraggio del territorio. Il corso è stato ulteriormente sviluppato dal Prof. Marco Pertile del Dipartimento di Ingegneria Industriale, sui temi della guida autonoma e della integrazione dei sensori satellitari con piattaforme inerziali e l’Intelligenza Artificiale.

Attività didattica all’Estero
1980- Presso il NASA Marshall Space Flight Center- Ciclo di seminari sulle Teorie Relativistiche della Gravitazione, per i corsi di Dottorato dell’Università dell’Alabama, campus di Huntsville.
1982- Presso il Massachusetts Institute of Technology, Department of Earth and Planetary Sciences, Ciclo di seminari per il Dottorato sulla misurabilità degli effetti relativistici della deflessione gravitazionale della luce, del ritardo relativistico nei segnali radar, nella precessione dei giroscopi e nelle perturbazioni orbitali del periastro e nella longitudine del nodo (effetto di Lense Thirring)
1984- Presso il NASA Goddard Space Flight Center – Office for Earth and Planetary Sciences- Ciclo di seminari su inseguimento laser di satelliti artificiali per applicazioni geodetiche, per i corsi di Dottorato dell’Università del Maryland, campus di Greenbelt.

Incarichi Accademici
Membro della Giunta del Dipartimento di Geologia, Paleontologia e Geofisica, AA. 1999-2001.
Membro della Giunta del Centro Interdipartimentale di Studi e Attività Spaziali 'CISAS G. Colombo', AA. 1996-1999 e 2000-2004.
Rappresentante del Dipartimento di Geoscienze nella Giunta del CISAS (2004 – presente)
Rappresentante del CISAS nel Consiglio Scientifico della Scuola di Dottorato in Scienze e Tecnologie Spaziali
Membro della Commissione Scientifica di Dipartimento di Geoscienze

Incarichi Editoriali
Membro dell'Editorial Board del Journal of Asian Earth Sciences, gruppo Elsevier (2000-2003). Interessi Principali di Ricerca
• Determinazione orbitale di precisione di satelliti terrestri
• Determinazione delle velocità attuali delle maggiori placche litosferiche per mezzo di tecniche satellitari, e del campo di deformazione associato tra placche e intraplacca; correlazione con la sismicità recente, meccanismi focali e la geologia strutturale.
• Misura con tecniche gravimetriche e astrogeodetiche della gravità in Himalaya/Karakoram e interpretazione geofisica del campo gravitazionale anomalo in termini di deformazione della litosfera
• Tecniche satellitari per il rilievo topografico e navigazione.
• Tecniche di posizionamento satellitare in tempo reale via Internet

Altre Attività di Servizio
Ha servito come Presidente del Club Alpino Italiano, Sezione di Este, nel triennio 2000-2002, e come Presidente del Rotary Club di Padova, 2004-2005.
Interessi Sportivi e culturali
Sci alpinismo, trekking, bicicletta da corsa, pianoforte classico, moto d’epoca.

Curriculum Vitae (175.25KB)