ERS satellite

Il 17 luglio di 10 anni fa si inaugurava la nuova fase nell’osservazione della Terra dallo spazio, con il lancio del satellite europeo ERS-1, in grado di tenere sotto controllo il nostro pianeta notte e giorno, in qualsiasi condizione di tempo. Lanciato nel 1991, ERS-1 è stato raggiunto quattro anni più tardi da ERS-2, con in quale ha lavorato in tandem per 6 mesi. Quali sono stati i risultati più importanti ottenuti dall’accoppiata ERS-1 - ERS-2?

ERS-1 è stato costruito per essere operativo per 3 anni, ma ha continuato a fornire dati fino al ’99, oltre 3 volte più di quanto ci fossimo aspettati. Grazie a questo, quando nel '95 è stato raggiunto da ERS-2, ci siamo trovati in orbita due satelliti identici e ne abbiamo approfittato per mettere a punto una tecnica del tutto nuova per l'osservazione della Terra: una tecnica basata sull'interferometria.

I due satelliti hanno a bordo uno strumento, il SAR, che permette di "mappare" la superficie terrestre con grande accuratezza, fino ad arrivare a scoprire spostamenti verticali del terreno dell’ordine di qualche millimetro, per esempio nel caso di terremoti, aree vulcaniche e aree di subsidenza. In pratica, il SAR è un'antenna che manda delle microonde (radiazione di lunghezza d'onda di circa 6 cm) verso la Terra e ne acquisisce l'eco.

Il metodo interferometrico, che è piuttosto complicato, si basa sul confronto di due immagini prese da un satellite a distanza di vari passaggi orbitali successivi. In questo modo si sono realizzati quelli che si chiamano modelli digitali di elevazione, che sono in pratica delle mappature dettagliate della superficie terrestre.

Quindi, per esempio, con dati di questo tipo, è possibile disegnare un mappamondo "da satellite"?

Il metodo interferometrico è particolarmente potente quando si tratta di osservare le variazioni dell'altezza del terreno. Il caso dei terremoti è tipico di questa situazione. Ma l'accuratezza e la precisione dei risultati dipende da due fattori cruciali: l'intervallo di tempo che separa un'immagine dall'altra e la distanza spaziale tra le due orbite dalle quali sono state prese le immagini da confrontare.

Avere due satelliti identici, su orbite che siano ben calibrate, permette di sfruttare al meglio le potenzialità degli strumenti. Per esempio, l'ERS-2 riproduceva le osservazioni di ERS-1 con un ritardo di sole 24 ore, contro un intervallo minimo di 72 ore nel caso di un singolo satellite. Per il mappamondo "da satellite", in particolare, ci viene in aiuto anche un altro strumento di ERS-1 e di ERS-2, l'altimetro, che era stato pensato soprattutto per l'osservazione degli oceani, ma che ha dato risultati sorprendenti anche per le terre emerse: in certe zone del globo poco conosciute, come alcune parti del continente africano o dell’America del Sud, almeno il 40% di quel che credevamo di sapere è errato. E un altro 20% è affetto da un errore di cui comunque occorre tenere conto.

Ma a che cosa erano dovuti questi errori?

ENVISAT will continue the success of SAR Interferometry

In parte al fatto che i tentativi precedenti per costruire un modello digitale di elevazione erano basati su dati presi per uso militare dal Dipartimento della Difesa statunitense, di cui non si conoscevano, per esempio, gli errori nei rilievi o come fossero stati raccolti. Un’altra sorgente di errore era legata all’uso di dati non omogenei fra loro.

Si possono trovare molti esempi di correzioni piuttosto importanti nella cartografia di certe aree del pianeta: per esempio, dopo le osservazioni del continente africano è apparso del tutto evidente che quel che si pensava fosse la valle di un fiume lunga oltre 100 km, nel Sudan, era semplicemente un errore delle misure condotte in precedenza, e che erano state accettate e incluse nelle carte geografiche. Un altro esempio è una specie di grande muro, che si elevava improvvisamente nel bel mezzo del Sahara occidentale, per ben 200 metri. Naturalmente anche questo è un risultato che alle osservazioni dell'altimetro si è rivelato spurio.

Sia uno strumento come il SAR che un altimetro faranno parte della dotazione strumentale di Envisat, il nuovo satellite per l'osservazione della Terra che sarà lanciato il prossimo ottobre. Che cosa cambia tra Envisat e i due satelliti ERS?

Envisat è il più grande satellite europeo per l'osservazione della Terra dallo spazio. Avrà una dotazione strumentale imponente e soprattutto è stato costruito avendo bene in mente l'esperienza fatta con il programma ERS. Per esempio, l'altimetro che era a bordo degli ERS era stato costruito per osservare la superficie degli oceani. Da un certo punto di vista questo è più semplice, perché l'eco prodotto da una zona d'acqua presenta meno irregolarità rispetto all'eco prodotto dalla superficie terrestre.

Tuttavia, a un certo punto, si è deciso di voler utilizzare l'altimetro anche per l'osservazione delle terre emerse, e i responsabili dello strumento hanno dovuto inventare un metodo completamente nuovo per utilizzare i dati al meglio. In un certo senso, si è trattato di una decisione tardiva, che però ha prodotto almeno due risultati importanti:

• si sono ottenuti dati importanti per la comprensione della forma delle superfici emerse;
• si è deciso di progettare l'altimetro di Envisat in modo che fosse utilizzabile senza procedure particolari anche sulla terraferma.

Insomma, è un caso lampante di come procede la ricerca: sugli errori del passato si costruiscono i successi del futuro.