IL SATELLITE EUROPEO CHE OSSERVA LA TERRA

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1 Foto ESA e Denmann - Il Satellite ENVISAT in orbita ENVISAT IL SATELLITE EUROPEO CHE OSSERVA LA TERRA TEN.DAVIDE TORTORA I grandi interrogativi sullo stato di salute del nostro pianeta Il satellite ENVISAT, che è un programma dell Agenzia Spaziale Europea (ESA) frutto della collaborazione e delle risorse congiunte di 15 Paesi membri, intende aprire nuove vie all esplorazione dello spazio mediante l impiego di tecnologie avanzate europee. È stato messo in orbita il primo marzo del 2002 per 35

2 Particolare dell Europa. (foto ESA) controllare lo stato di salute del nostro pianeta. Dopo un intero anno i risultati sono tanti e di grosso interesse per l intera comunità scientifica internazionale. Tra i grandi interrogativi sullo stato di salute del nostro Pianeta, al primo posto probabilmente c è quello relativo al processo di surriscaldamento del nostro pianeta e sulle possibili soluzione per poterlo frenare. Sembra ormai accertato, secondo i esperti del Comitato delle Nazioni Unite per il Cambiamento Climatico, che il surriscaldamento del nostro pianeta è da ascriversi all azione dell uomo. Responsabile: l effetto serra, provocato dal cumulo di gas che intrappolano il calore nell atmosfera. La sfida per la riduzione dell emissione di questi gas si basa su tre linee principali. La prima, il consenso unanime dei governi sugli obiettivi; la seconda, il riscontro del loro raggiungimento da parte degli scienziati; la terza, la necessità di comprensione, da parte di tutti, dell interazione atmosfera-oceani-biosfera, per poter efficacemente combattere contro il fenomeno del surriscaldamento nel pianeta. Qual è il danno attuale allo strato di ozono? In una fascia situata tra i 25 ed i 35 km al di sopra della nostra testa, uno strato di gas, l ozono, permea l atmosfera. Grazie ad esso la nostra pelle è protetta dalle potenti radiazioni ultraviolette, causa di ustioni e melanomi. Ma l ozono è aggredito nella sua efficace funzione protettiva da molti agenti chimici inquinanti, tra cui i cloro-fluoro-carburi che, inviati dall uomo, vi producono un buco. È degli anni 80 la prima scoperta di una vasta apertura sull Atlantico, mentre negli anni 90, sull Artico, si è registrata una riduzione. Secondo l Organizzazione Meteorologica Mondiale, lo strato dell ozono è attualmente nella fase più vulnerabile. Anche senza ulteriori azioni nocive, occorrerebbero almeno 50 anni per riportarlo all origine. Ecco perché occorre seguire il fenomeno attentamente. Particolare di una macchia di petrolio. (foto ESA) 36

3 Foce del Rio delle Amazzoni. (foto ESA) Tutti, chi più chi meno, hanno sentito parlare di un devastante fenomeno climatico chiamato El Niño; da cosa è provocato? El Niño è un fenomeno a ricorrenza quadriennale di eccessivo innalzamento della temperatura e del livello della superficie marina nell Oceano Pacifico. L enorme spostamento da ovest verso est di masse d acqua calda determina piogge di volte superiori alla media in America del sud, con effetti persino sull Africa. Malgrado si sia imparato a riconoscerne in anticipo i segnali, gli scienziati non ne comprendono la causa. Essi contano, attraverso una migliore comprensione dell interazione su scala mondiale tra superficie oceanica e atmosfera, di giungere presto a delle conclusioni. Un altro importante quesito riguardante la terra è quello relativo allo stato di salute delle foreste. Le foreste sono i polmoni del nostro Pianeta in quanto convertono il biossido di carbonio ed i gas dell effetto serra in ossigeno respirabile. Su un totale di 6 miliardi di tonnellate di biossido di carbonio immesso dall uomo nell atmosfera, la metà viene assorbita dalle foreste e dal fitoplancton. Nel decennio la copertura forestale globale si è ridotta del 2%, mentre la diminuzione della foresta tropicale oscilla intorno all 8%. Se si considerano che le foreste ospitano oltre 13 milioni di specie, si comprende la necessità di un esatta mappatura dei cambiamenti in generale, e delle zone più a rischio in particolare, per consentire ai governi un azione protettiva. L innalzamento del livello del mare è un tema sempre più di attualità, perché? Tra cento anni alcuni Paesi potrebbero scomparire. Secondo le stime del Comitato delle Nazioni Unite per il Cambiamento Climatico, almeno 50 di essi sono sotto la minaccia di un innalzamento del livello del mare di 50 cm, prevista per il Di fatto l effetto serra ha già elevato il limite delle acque alte, per meccanismi tuttora sconosciuti. Pertanto, è fon- La prima immagine MERIS dell Italia. (foto ESA) 37

4 damentale tenere il fenomeno sotto controllo su scala mondiale, analizzandone in dettaglio gli aspetti per tentare di identificarne le cause e mettere in atto misure per il suo contenimento. Quali sono gli effetti dell inquinamento atmosferico? Uno spesso velo atmosferico è visibile dallo spazio: esso va dalla parte orientale degli Stati Uniti all Europa. Ci sono, comunque, altre regioni del mondo che immettono nell atmosfera agenti chimici e polveri. Infatti, secondo l UNEP l inquinamento atmosferico e le piogge acide sono un problema su scala mondiale. Inoltre, il Programma Europeo di Azione Ambientale ci ricorda come due terzi del patrimonio arboreo europeo mostri sofferenze da inquinamento atmosferico. Un altra conseguenza sono le malattie asmatiche, in preoccupante crescita nei Paesi industrializzati. Sono sempre più indispensabili dossier scientifici informativi per un attenta analisi dell inquinamento e dei suoi effetti, se si vuole salvaguardare il futuro dei nostri figli. Non solo negli alti consessi scientifici, ma anche nelle chiacchiere quotidiane di ognuno di noi, ricorre frequentemente il quesito se le catastrofi naturali sono più frequenti oggi di un tempo. Innumerevoli catastrofi naturali hanno colpito migliaia di persone negli ultimi anni in Europa. Inondazioni, tempeste, smottamenti del terreno, valanghe, vengono attribuite al surriscaldamento del Pianeta ed ai cambiamenti climatici in generale. Questi ultimi, però, sono un fenomeno molto complesso: è difficile stabilire se l incidenza delle catastrofi sia maggiore oggi che in passato. Una migliore conoscenza ed informazione possono concorrere a stabilire le cause. Inoltre, attraverso un costante esame dei rischi, si possono prevedere le catastrofi e ridurne gli effetti quando esse si verificano. Le possibili risposte dallo spazio Il satellite ENVISAT ha a bordo vari strumenti utili allo studio del surriscaldamento globale. Grazie a questi strumenti si possono ottenere carte tridimensionali dei gas responsabili dell effetto serra nell atmosfera, quali il L uragano Elida visto dal sensore MERIS. (foto ESA) 38

5 metano ed il monossido di carbonio. È possibile rilevare accuratamente le temperature della superficie del mare o fotografare il colore dell oceano in varie lunghezze d onda; esso fornisce informazioni essenziali sul surriscaldamento del pianeta attraverso mappe del fitoplancton. È proprio quest ultimo il responsabile di metà dell assorbimento totale dell anidride carbonica da parte della biosfera. Mappe tridimensionali dei livelli di ozono in atmosfera nonché previsioni accurate circa l evoluzione del fenomeno, sono ottenibili in tempo quasi reale grazie ai dati atmosferici degli strumenti GOMOS, MIPAS e SCIAMACHY a bordo di ENVISAT. Agli scienziati è così offerta la possibilità di analizzare a fondo le reazioni chimiche che influenzano l ozono pervenendo ad una migliore comprensione dei modi e dei tempi in cui lo strato di ozono sarà in grado di rigenerarsi. La strumentazione a bordo di ENVISAT è particolarmente adatta ad individuare e cartografare l ampio rigonfiamento, che talvolta raggiunge i 50 cm di altezza, creato nell oceano Pacifico chiamato El Niño. Questo è rilevabile dal radar altimetro con una accuratezza di 5 cm, mentre la temperatura del mare con i sui Dati dello strato di ozono. vari cambiamenti può essere rilevata con una precisione di 0,3 C. Queste capacità uniche permettono di riconoscere i primi segni della formazione del fenomeno. Il satellite europeo può darci, inoltre, indicazioni sui cambiamenti nella copertura forestale di zone a rischio permettendo anche la realizzazione di carte su scala mondiale. Le carte di uso del suolo ottenute dalla combinazione di dati consentono di distinguere chiaramente fra copertura forestale, aree deforestate e terreno agricolo. L impiego possibile di osservazioni simultanee di tipo ottico e radar è un elemento del tutto innovativo. Di estrema attualità, inoltre, è il problema dell innalzamento del livello del mare. L esplorazione degli oceani finalizzata alla loro accurata misurazione dell altezza ed il favorimento della creazione di carte topografiche delle calotte polari risulta di grande rilevanza scientifica. Grazie, infine, alle immagini radar si può contribuire alla gestione delle catastrofi mediante rilevamenti diurni e notturni, indipendenti dalle condizioni meteorologiche, che tengono sotto osserva- Porzione della costa africana. (foto ESA) 39

6 zione inondazioni o frane a poche ore dall evento e in luoghi di difficile accesso. L apporto di ENVISAT è un elemento fondamentale tra L Agenzia Spaziale Europea, il CNES francese e l Agenzia Spaziale Canadese per la carta sullo spazio e le catastrofi, che può consentire alle squadre di soccorso nel mondo di utilizzare tempestivamente i dati satellitari. Cosa possono fare gli strumenti a bordo di ENVISAT La terra in millimetri. Il Radar Avanzato ad Apertura Sintetica (ASAR) a bordo di ENVI- SAT può cartografare la superficie terrestre con un accuratezza fino a poche decine di metri in un unico passaggio. Combinando le immagini da due orbite, mediante una tecnica denominata interferometria, è possibile individuare l abbassamento di una strada cittadina, i rigonfiamenti di una pendice vulcanica, o i cedimenti di un ghiacciaio, anche se il movimento è di alcuni centimetri. Ma è addirittura possibile una maggiore precisione: riconoscendo le stesse rocce o edifici in più immagini, l interferometria può misurare movimenti millimetrici da un altezza di 800 km. Esperimenti a Londra, Roma e Parigi hanno provato che movimenti del suolo di 1 mm/anno possono essere chiaramente osservati dal radar. Questi dati, disponibili immediatamente, saranno di grande utilità per la Protezione Civile, geologi e ingegneri civili. La vera forma della terra. Dalla sua posizione privilegiata ENVISAT può leggere il fondo del mare. Anche se non è in grado di penetrare in profondità il mare, la morfologia dei fondali oceanici può essere cartografata. Il radar altimetro, infatti, misura la distanza tra il satellite e la superficie dell acqua e della terra. Posizione e velocità del satellite sono controllate lungo l orbita con una precisione di centimetri. La gravità implica che in assenza di venti, onde e correnti, la superficie dell oceano rifletta le montagne e le depressioni del fondo oceanico sottostante. Combinando, quindi, i dati altimetrici e quelli di posizione è possibile ricavare un profilo globale del fondo oceanico. Simile tecniche sono applicabili ai ghiacciai polari ed alla topografia terrestre. Con queste nuove metodologie è possibile realizzare in soli 35 giorni un immagine della forma terrestre più accurata di quella ottenuta in secoli di sondaggi in profondità, misure altimetriche e cartografia di precisione. L oceano vivente. I mari vivono di minuscoli organismi monocellulari chiamati fitoplancton. Queste creature microscopiche costituiscono la parte principale della biomassa oceanica, ed hanno un effetto sul clima del nostro pianeta maggiore di ogni altro essere vivente, incluse anche tutte le foreste del mondo. Occorre un microscopio per vedere un singolo fitoplancton. Dallo spazio è possibile vedere simultaneamente miliardi di questi organismi. Le fioriture di alghe, alcune delle quali sono velenose (maree rosse), si verificano quando acque ricche di nutrienti a determinate tempe- Particolare del Mediterraneo orientale. (foto ESA) 40

7 Particolare della costa dell Africa occidentale. (foto ESA) rature si combinano e danno luogo ad un esplosione di fitoplancton. ENVISAT ha a bordo uno strumento concepito per osservare il colore degli oceani. Esso è in grado di distinguere le variazioni di colore dal blu-verde al rosso-ruggine al giallo legate alla crescita delle alghe. Se si pensa che la fioritura di alghe può essere dovuta ad inquinamento o al cambiamento locale del clima oceanico, si comprende il valore strategico del loro continuo controllo e monitoraggio. Il più grande fiume del mondo. C è un fiume silenzioso, trenta volte più grande di tutti i fiumi della terra messi insieme, che scorre negli oceani. È determinato da un sistema di correnti e regola il clima: senza di esso l Inghilterra o Parigi sarebbero fredde o ghiacciate come la baia di Hudson o le Spitzbergen. La corrente del Golfo è solo la componente principale di una circolazione globale che unisce l Oceano Atlantico, Indiano e Pacifico, impiegando centinaia di anni per completare il circuito. Con opportuni sensori è possibile vedere questo fiume invisibile attraverso il rilevamento dei cambiamenti nella temperatura superficiale e nella velocità dell oceano, consentendo di studiare e comprendere meglio questi fenomeni che influenzano tempo e clima. Gli incendi. Un altra immensa catastrofe che può colpirci è quella relativa agli incendi. Ampia eco è derivata dai giganteschi incendi che hanno colpito l Asia sudorientale nel 1997/98 e provocato spesse coltri di fumo sulla regione. Ma molte più foreste bruciano ogni giorno nel mondo immettendo nell atmosfera diossido di azoto, cenere fine e un ampia varietà di prodotti chimici. I fuochi, alcuni naturali, altri causati dall uomo, devastano ampi tratti di foresta, talvolta in zone remote, raramente frequentate da gente che potrebbe dare l allarme. Dal satellite, con uno specifico strumento, è possibile individuare i focolai di un incendio grazie alla possibilità di individuare l emissione infrarossa rivelatrice delle fiamme e controllare gli effetti Particolare della costa dell Africa occidentale. (foto ESA) 41

8 una traccia rivelatrice individuata dal cosiddetto Radar Avanzato ad Apertura Sintetica (ASAR). L interazione fra onde profonde e correnti di superficie determina un increspatura della superficie, invisibile all occhio umano, ma non alle onde radio di ASAR. I tipi di sensori Lo stretto di Gibilterra visto dal sensore MERIS. (foto ESA) della particelle di fumo sospese negli strati più alti dell atmosfera. Con questo sistema sarà possibile allertare in tempo squadre antincendio mediante una catena che potenzialmente può essere strutturata su scala mondiale. Le onde dentro l oceano. Sotto la superficie turbolenta dell oceano non ci sono profondità calme, ma correnti con altezze fino a 50 metri e lunghezza d onda da alcune centinaia di metri a decine di chilometri. Queste onde interne si presentano al confine fra strati di acqua con differenti proprietà e possono essere molto violente, impedendo il funzionamento delle piattaforme di perforazione o disturbando le comunicazioni sottomarine. Pur essendo difficili da vedere, esse lasciano in superficie ENVISAT, il satellite dell Agenzia Spaziale Europea (ESA) che osserva la Terra, rappresenta la strumentazione più complessa e sofisticata mai realizzata nell osservazione del nostro Pianeta e nel controllo del suo stato di salute. I dati forniti giornalmente dai sensori a bordo sono sufficienti a riempire gli hard-disks di 500 computers. Il satellite, dalle dimensioni di un camion, trasporta 10 strumenti ed è alimentato da 70 m 2 di pannelli solari in grado di generare 6 kw di elettricità. La possibilità, quindi, di poter integrare dati di diverse fonti in prodotti altamente sofisticati, garantisce una visione del mondo senza precedenti. La lunga vita di ENVISAT assieme alla compatibilità dei suoi dati con quelli di ERS1 ed ERS2, sempre satelliti dell ESA, permetterà agli scienziati di ottenere immagini a più dimensioni dell evoluzione di complessi fenomeni ambientali riprese in un intervallo temporale di oltre dieci anni. Gli strumenti, quindi, che si trovano a bordo di ENVISAT sono: ASAR (Radar Avanzato ad Apertura Sintetica). Utilizza un impulso radar per la mappatura della superficie terrestre sottostante. È in grado di mappare la superficie terrestre, di ricostruire il profilo delle onde e dei ghiacci, di cartografare l uso del suolo e la copertura vegetale e misurare alcune delle proprietà della superficie. MERIS (Spettrometro ad Immagine a Media Risoluzione). Acquisisce immagini della superficie nuvolosa diurna catturando la lunghezza d onda del visibile e di una parte dell infrarosso dello spettro elettromagnetico. È in grado di determinare l esatto colore del mare aperto e delle acque costiere, indicando l attività biologica. Osserva le nuvole ed individua il vapore acqueo invisibile nell atmosfera, nonché identifica il vario stadio di crescita delle 42

9 La Sicilia vista dal sensore MERIS. (foto ESA) piante ed i livelli di clorofilla permettendo una stima della biomassa vegetale. RA-2 e MWR (Radar Altimetro 2 e Radiometro a Micro-Onde). Misura l altezza del satellite sulla superficie terrestre con una precisione di 4,5 cm. In combinazione con i dati orbitali di precisione del DORIS, fornisce un profilo della superficie marina o dei ghiacci sottostanti. Il MWR misura la quantità di vapore acqueo e permette di correggere il segnale del RA-2 ottenendo un accuratezza maggiore. GOMOS (Monitoraggio dell Ozono tramite Occultamento delle Stelle). Segue la traiettoria delle stelle e osserva il loro spettro luminoso attraverso l atmosfera terrestre. È in gradi di ricostruire i profili verticali di vapore acqueo dell ozono in porzioni di atmosfera dello spessore compreso tra i km. MIPAS (Interferometro Michelson per lo Scandaglio Atmosferico Passivo). Osserva l atmosfera nello spettro dell infrarosso medio, mappando i profili di una serie di gas traccianti diversi. È in grado di mappare gli inquinanti atmosferici ed i gas responsabili dell effetto serra arricchendo la chimica atmosferica di nuove importanti conoscenze. AATSR (Radiometro Avanzato a Scansione Lungo la Traccia). Osserva la superficie terrestre ed oceanica in diverse frequenze del visibile e dell infrarosso per misurarne la temperatura di superficie con un accuratezza di 0,3 C. Individua i punti caldi negli incendi forestali, mappa l estensione della vegetazione. DORIS e Laser Retro-Riflettore (Orbitografia e Radio-posizionamento Doppler Integrati) Insieme al Radar Altimetro produce carte della superficie oceanica e permette di estrarre mappe gravitazionali del fondo dell oceano e di elevazione del terreno. Il riflettore laser permette la rilevazione al suolo della distanza del satellite per la calibrazione del DORIS e del RA-2. SCIAMACHY (Spettrometro ad Assorbi- 43

10 mento per Scansione d Immagine per la Chimica Atmosferica). Cartografa l atmosfera in un ampio spettro di lunghezze d onda. Permette di individuare gas traccianti, ozono e gas correlati, nuvole e pulviscolo nell atmosfera. Fornisce la quantità totale dei gas e dei loro profili atmosferici. Consente lo studio della chimica atmosferica, degli incendi forestali, dell inquinamento industriale, delle foschie artiche, delle tempeste di sabbia e delle eruzioni vulcaniche. Conclusioni ENVISAT, il satellite di osservazione della Terra dell Agenzia Spaziale Europea (ESA), il più grande mai lanciato sinora, misurerà continuamente la distribuzione in quota di una enorme quantità di parametri geofisici come la pressione, la temperatura, l altezza e la densità delle nuvole, la concentrazione dell ozono, del metano e di tantissimi altri gas responsabili dell effetto serra e di tanti altri parametri. Grazie alla sua nuova e sofisticata strumentazione, Envisat rappresenta un supporto fondamentale alle attività di telerilevamento e per la comprensione dei fenomeni naturali che influenzano e che mutano quotidianamente la mappa del sistema terrestre. Il nuovo satellite offrirà una copertura totale della Terra, immagini ancora più attendibili ed ad un alta risoluzione e potrà essere operativo in qualsiasi stagione. Questo gigantesco occhio posto al di sopra di noi è stato ideato per conoscere meglio il pianeta su cui viviamo e per aiutarci a prevenire catastrofi naturali di dimensioni spesso irreparabili. Per dare una completa panoramica del programma europeo per l osservazione della Terra, bisogna parlare dei possibili utilizzatori. Come in ogni campo, avere una massa incredibile di dati e non sapere, ad esempio, quali possano essere i possibili utenti oppure gli addetti al processamento dei dati rilevati, non serve proprio a nulla. Di seguito, quindi, si riportano solo alcuni esempi di potenziali utilizzatori con l unico intento di offrire una breve panoramica circa le possibili istituzioni interessate. Per esempio, un guardacoste che ricevesse tempestivamente le immagini, già processate ed elaborate, di una zona colpita da una chiazza di nafta lasciata in mare da una nave che ha illegalmente e nottetempo lavato i serbatoi, avrebbe la possibilità di identificare, con l invio di un velivolo nell area interessata, armatore e comandante della nave, responsabili del misfatto. Per i meteorologi i dati ricevuti potrebbero permettergli di realizzare nuovi e accurati programmi di calcolo della quantità di ozono nell atmosfera. Ad un climatologo sarebbe permesso di studiare l interazione tra nuvole, precipitazioni e superficie oceanica con un dettaglio senza precedenti; prima si poteva ricorrere a letture ricavate localmente da navi o da boe, ora è possibile controllare interi oceani. La Protezione Civile, poi, è sicuramente un grande utilizzatore per la prevenzione o gestione di eventi catastrofici. Tutto, però, si gioca con la velocità di invio, analisi e ricezione di dati processati che possano permettere, ad esempio, di fronteggiare grandi alluvioni e la loro estensione oppure identificare un area urbana dove il terreno negli ultimi anni si è abbassato; così da permettere un controllo accurato sulla solidità strutturale degli edifici più vecchi al fine di proteggerli da cedimenti improvvisi e disastrosi. I miliardi di bit di dati catturati e spediti a terra da ENVISAT danno del nostro Pianeta immagini dettagliate senza precedenti. Questi dati, elaborati e trasformati in vari prodotti, sono distribuiti a migliaia di scienziati e tecnici, impiegati statali e funzionari, industriali ed economisti. Molti sono ricercatori di fama mondiale che cercano di svelare i segreti dei nostri oceani, dell atmosfera e della biosfera. Alcuni sono Enti pubblici o Società preposte alla circolazione giornaliera di informazioni per lavoro e tempo libero. Autorità regionali ed Agenzie Internazionali si attivano per combattere ovunque le calamità naturali. I meteorologi generano più accurate previsioni del tempo per l agricoltura o per gli affari, per l aviazione o per il tempo libero. I politici possono aggiornarsi per problemi complessi quali l inquinamento costiero o l emissione di gas in atmosfera, regolati da trattati internazionali. Infine, grazie allo strumento internet, in un prossimo futuro, sarà possibile seguire il fenomeno detto El Niño, incendi forestali o movimenti dei ghiacci direttamente sul proprio computer. 44

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