Sin dalla loro fondazione, le agenzie spaziali mondiali, NASA, JAXA (ex NASDA), ESA, si sono impegnate, oltre che nello studio dei misteri legati al nostro sistema solare, all'universo e alla sua esplorazione, anche nello studio del pianeta Terra e dei cambiamenti ambientali e climatici che lo riguardano e che, di conseguenza, interessano anche l'uomo e tutte le specie viventi. Le variazioni climatiche vengono controllate osservando atmosfera, oceani, ghiacci, nevi e la crosta terrestre, in modo da poterne capire l'influenza sulle condizioni meteo.
Allo stesso tempo vengono studiati altri elementi come il ciclo dell'acqua, i movimenti della crosta, i cicli energetici, la stessa vita sulla terra e naturalmente come questi sistemi interagiscono tra di loro e quale sia la loro influenza sulle condizioni globali della Terra. Questo tipo di studi (chiamato dalla NASA: Earth System Science) intreccia campi come meteorologia, oceanografia, biologia, scienza dell'atmosfera e molti altri rami dell'ambito chimico fisico e meteorologico.
Tutti questi studi hanno un fine principale: essere utili all'uomo, alla sua salvaguardia e al suo progresso. Si propongono quindi di scoprire come noi siamo influenzati dai processi naturali e come noi li influenziamo con la nostra presenza e le nostre azioni. Tuttavia l'osservazione della terra dallo spazio ha evidenziato altri problemi, provando il fatto che alcuni comportamenti dell'uomo sono nocivi per il delicato ambiente naturale; le condizioni chimiche dell'atmosfera (ad esempio) stanno cambiando su scala globale e l'uomo ne è in parte responsabile, quindi gli studi cercano di allertare e di spronare l'uomo a cambiare il suo comportamento verso il pianeta. È chiaro quindi che l'osservazione cerca di essere un valido strumento (e lo è) per tenere sotto controllo le risorse naturali e il loro corretto utilizzo.
In secondo luogo la funzione di questi studi è quella di fornire servizi, come previsioni del tempo giornaliere o a lungo termine, previsione di catastrofi ambientali, quali terremoti, uragani, inondazioni e tornado, e di problemi che potrebbero verificarsi in futuro come il dissolvimento graduale dello strato di ozono e lo scioglimento dei ghiacci ai poli come conseguenza del surriscaldamento del globo.
Proprio per questi motivi, all'interno delle agenzie spaziali, sono nati dipartimenti dedicati completamente all'osservazione e allo studio (naturalmente dallo spazio) della terra e di tutti i sistemi che la compongono.
Gli strumenti utilizzati sin dal primo giorno di osservazione sono i satelliti che possono, grazie agli avanzati strumenti di cui sono equipaggiati, monitorare le condizioni di una parte, o dell'intero globo, anche più volte al giorno e fornire dati riguardanti nuvole, precipitazioni, temperature, umidità, venti e molti altri parametri importanti, ad intervalli di tempo ormai sempre più brevi.
Anche la JAXA, l'agenzia spaziale giapponese, dà il suo contributo allo studio dell'atmosfera e, oltre alle previsioni del tempo e allo studio dei problemi legati al surriscaldamento del globo, sta realizzando tramite una più ristretta, ma valida squadra di satelliti, alcuni in collaborazione con la NASA, formulando stime e previsioni riguardanti l'agricoltura e l'industria del pesce, per venire incontro a paesi che, come ad esempio la Cina, basano gran parte della loro economia sull'agricoltura e devono affrontare gravi problemi come la sovrappopolazione.
Breve storia
Le prime osservazioni da satellite da parte delle principali agenzie spaziali miravano a fornire servizi di previsioni meteo e a sperimentare nuove tecniche televisive con trasmissione da satellite. Il primo satellite "meteorologico" fu lanciato dalla NASA nell'aprile del 1960: TIROS1 (Television Infrared Observation Satellite) che forniva informazioni sulle condizioni meteorologiche mondiali. Dopo questo "test" la NASA continuò a sviluppare nuovi tipi di satelliti sempre più avanzati, siglando accordi con organizzazioni che contribuissero allo studio dei dati ricavati da essi e dai loro sempre più sofisticati strumenti.
Immagine nel visibile dell'Italia, ripresa dal Meteosat6.
Per quanto riguarda l'Europa la prima vera svolta in ambito satellitare arrivò nel 1977, quando fu lanciato il primo dei 7 satelliti Meteosat, che forniva dati meteorologici riguardanti tutta l'Europa e parte dell'Africa.
Ma la vera svolta mondiale per lo studio dei processi terresti e dell'atmosfera arrivò nel 1999 quando la NASA EOS lanciò a dicembre il Terra, un satellite polare capace, grazie agli strumenti di cui era (ed è tuttora) equipaggiato, di registrare dati riguardanti: superficie terrestre, biosfera, atmosfera e oceani. Il lancio del Terra diede inizio a una serie di studi che non avevano precedenti e che diedero e danno tuttora beneficio a tutta l'umanità.
Tipologie di satelliti
Esistono fondamentalmente due tipologie di satelliti artificiali, che differiscono tra di loro per diverse caratteristiche, quali velocità, periodi di rotazione e distanze.
Si dividono in geostazionari e orbitali.
Satelliti geostazionari: questi satelliti percorrono intorno alla Terra un'orbita quasi circolare e sono posizionati sul piano dell'equatore. La caratteristica principale di questo tipo di satellite è quella di viaggiare alla stessa velocità angolare della terra, quindi ha lo stesso periodo di rotazione, tale che se un osservatore lo vedesse dalla terra lo vedrebbe immobile, come se fosse vincolato al pianeta (e lo è). Questo tipo di satelliti ha pregi e difetti, il pregio è che se usato a scopo meteorologico, può osservare continuamente la stessa zona, fornendo un prospetto completo del tempo in tutto l'arco del giorno; un difetto è che il satellite deve evitare l'attrito dell'aria che lo farebbe precipitare al suolo, quindi la distanza dalla terra deve essere abbastanza grande da posizionare il satellite nel vuoto; l'altezza necessaria per ottenere un'orbita geostazionaria è stata calcolata di circa 36000 km (l'atmosfera è alta circa 3000 km).
Satelliti orbitali: questi satelliti, diversamente da quelli polari, non sono posizionati sul piano dell'equatore, ma possiedo un'inclinazione di circa 90° rispetto ad esso, in questo modo questi satelliti sorvolano i poli a istanti precisi descrivendo un'orbita ellittica. Vengono utilizzati per monitorare tutto il globo, per coprire tutti i punti della superficie terrestre in un certo periodo di tempo. Si trovano di solito a un'altitudine media di 900-1000 km e devono, quindi, avere una velocità molto alta per resistere all'attrazione terrestre; inoltre devono essere equipaggiati con degli stabilizzatori perché l'attrito dell'aria in cui si muovono e la velocità li fanno spesso uscire dalla loro traiettoria ideale. Di solito per compiere un'orbita completa intorno al globo impiegano 100 minuti; ogni giorno essi effettuano circa 14 orbite complete e sono programmati per passare, con una visibilità di circa 12-15 minuti, su una data area (ad esempio un stazione di ricezione), ogni 6 o 12 ore. Nonostante quindi i problemi riguardanti l'azione frenante dell'atmosfera, questi satelliti possiedono notevoli pregi, per esempio il fatto di poter monitorare tutto il globo e quello del tempo di invio dati , che risulta molto minore di quello di un satellite geostazionario visto che si trova molto più vicino alla terra (circa 36 volte più vicino!).
Immagine nell'infrarosso dell'Europa, ripresa dal Meteosat6.
Il contributo dei satelliti allo studio del pianeta terra
I satelliti usano le loro potenzialità per lo studio intensivo della terra con tutti i suoi sottoinsiemi: atmosfera, terra, mari e ghiacci. Grazie ai satelliti gli scienziati effettuano studi di tre tipi: di breve, medio, e lungo termine. Inoltre parte della grande mole di dati relativi all'atmosfera viene usata dai meteorologi per lo sviluppo delle previsioni del tempo.
Nell'ambito delle previsioni i dati solitamente più usati e ricercati sono quelli a breve e medio termine, cioè quelli usati per il nowcasting (previsione a brevissimo termine) o per la previsione giornaliera; si ricercano dati e modelli che possano aiutare a sviluppare previsioni fino a 48-72 ore e naturalmente ci si aiuta con materiale che arrivi in tempo reale, come le immagini dei satelliti Meteosat che forniscono, circa ogni 30 minuti, immagini delle perturbazioni che interessano le varie zone del globo, e quelle dei radar che, sempre in tempo reale, forniscono informazioni su luoghi e intensità delle precipitazioni. Inoltre forniscono moltissime informazioni satelliti come il QuikScat che inviano informazioni fondamentali per le previsioni sui venti e le condizioni del mare, ma in generale si ricercano tutti i dati che i satelliti più importanti forniscono a brevi intervalli di tempo. Vengono inoltre usati come supporto, i dati di satelliti come il GOES che forniscono immagini di perturbazioni come uragani, tempeste e monitorano eventi catastrofici come i cicloni sui tropici. Si utilizzano dati e studi eseguiti a lungo termine solo per monitorare eventi di scala globale come El Niño o altri fenomeni che interessano tempi lunghi o eventi su scala mondiale, eventi che si ripetono stagionalmente, come i venti, oppure per effettuare confronti con le medie stagionali di temperatura.
Nell'ambito invece dello studio della terra, e quindi di atmosfera, terra e oceani, tutti e tre i tipi di informazioni vengono profondamente studiati e soprattutto vengono archiviati e catalogati poiché la maggior parte degli studi riguardanti la terra avvengono su periodi di tempo che durano anni o stagioni. Tutti i satelliti che abbiamo analizzato in precedenza forniscono tantissime informazioni al giorno, e queste vengono studiate per tracciare nel dettaglio i comportamenti del nostro pianeta e come il nostro pianeta reagisce ai cambiamenti che l'uomo procura o che nell'ambiente stesso periodicamente avvengono.
I satelliti, in qualunque modo e per qualunque scopo siano usati, da quando sono stati utilizzati hanno dato e continuano a darci un notevole e prezioso aiuto per capire meglio il nostro pianeta sotto tutti i suoi aspetti e a darci spunti per migliorare il nostro comportamento nei suoi confronti.
Analizzeremo ora i benefici che i satelliti ci hanno dato e ci danno per lo studio dei grandi sistemi che caratterizzano la terra: atmosfera, terra, mari e ghiacci.
L'atmosfera è la parte del pianeta che i satelliti hanno studiato di più e hanno aiutato a capire e proteggere maggiormente; infatti, al contrario dei mari e della terra, l'atmosfera è la più scomoda da studiare dalla superficie terrestre, proprio per le difficoltà strutturali e materiali; infatti, prima dell'utilizzo dei satelliti, l'atmosferica poteva essere osservata e studiata con strumenti davvero poco avanzati, non potendo quindi affrontare problemi che già si dimostravano preoccupanti per il futuro delle condizioni climatiche e della salute del pianeta e dei suoi abitanti.
L'arrivo della tecnologia satellitare ha dato la possibilità di osservare costantemente e tenere sotto controllo le condizioni del sistema di gas che ci circonda. Forse non è cambiato molto nel nostro modo di "comportarci" per affrontare a questi problemi, ma le soluzioni a molti di questi ci sono e i progressi fatti in ambito scientifico e delle previsioni sono dovuti proprio a missioni satellitari attuate per studiare e tracciare i comportamenti dell'atmosfera terrestre. In un primo tempo le missioni puntarono all'osservazione: infatti i primi satelliti NASA, e anche Meteosat, avevano il compito di osservare i corpi nuvolosi e inviavano immagini alle stazioni meteorologiche per poter fornire alla popolazione un buon servizio di predizione meteorologica, successivamente si cominciarono a lanciare satelliti dotati di strumenti sempre più sofisticati e completi per fornire dati importantissimi non più solo per le previsioni, ma soprattutto per lo studio intensivo a lungo, medio o breve termine di tantissimi fattori riguardanti l'atmosfera (dati che abbiamo elencato e spiegato durante la presentazione dei satelliti). Per fare un esempio di quanto questi ci abbiamo aiutato, basti pensare al problema del buco nell'ozono che è stato, e viene tuttora, studiato e costantemente monitorato, in modo da poterne capire ritmi, movimenti, e concentrazioni che possono variare, naturalmente, anche (e soprattutto) per mano umana.
Esiste per esempio un Climate Prediction Center che ha il compito di monitorare costantemente le precipitazioni a livello globale, studiando i dati provenienti dai satelliti. Questo Centro effettua ricerche e raccoglie dati giornalmente, mensilmente, stagionalmente e annualmente, in modo da poter ottenere risultati concreti e modelli soddisfacenti e precisi.
Tutti i dati ottenuti dai satelliti, dopo essere validati, vengono archiviati in database che verranno usati a lungo termine per verificare i comportamenti atmosferici, per studiare il ripetersi di fenomeni gravi come cicloni, oppure per monitorare le quantità di precipitazioni nei vari periodi dell'anno. Ma i database vengono sfruttati anche per creare modelli previsionali sempre più completi e precisi, e anche per venire incontro a servizi come la viabilità area cercando di prevedere e osservare gli spostamenti, ad esempio, di nubi di sabbia nelle zone a rischio.
I dati forniti dai satelliti aiutano l'uomo anche da più vicino, monitorando per esempio nei pressi dei centri urbani la concentrazioni di polveri e gas tossici, in modo da poter avvisare, mettere in guardia e dare spunti per la risoluzione di un problema che si fa ogni giorno più vivo.
Luca Lionello