Envisat – i dettagli nei dati...

Envisat
Envisat sara' lanciato la notte tra il 28 febbraio e il 1 marzo
25 Gennaio 2002

ENVISAT N° 4 In una stanza rinfrescata dall’aria condizionata, ubicata al piano terra di un moderno edificio alle porte di Roma, un giovane ricercatore maneggia con cura una pizza. Ma la pizza non è certo da mangiare. E’ il termine utilizzato dai ricercatori dell’ ESRIN, il centro italiano dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), per indicare le grandi cassette rettangolari sulle quali verranno presto registrate le informazioni provenienti dallo spazio.

Ognuna di queste “pizze” contiene 1,7 chilometri di nastro sul quale verranno registrati gli enormi quantitativi di dati che tra pochissimo affluiranno da Envisat, il satellite di monitoraggio ambientale dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), il cui lancio è previsto per fine Febbraio. Envisat, probabilmente il satellite più complesso mai lanciato dall’Agenzia, osserverà la terra con un armamentario senza precedenti di sofisticati strumenti. Ma non è solo la complessità degli strumenti che entusiasma gli scienziati di tutta Europa; a detta di molti, la causa principale dell’interesse scientifico è proprio la quantità e la qualità dei dati di Envisat.

I ricercatori coinvolti nello studio del clima sono convinti che le “pizze” risolveranno alcune delle questioni irrisolte relative al cambiamento del clima terrestre. Se effettivamente sarà così , secondo gli scienziati, questa missione influenzerà anche le azioni dei politici sia a livello nazionale che europeo.

Mark Doherty, a capo della Divisione Esplorazione all’ESRIN, è molto ottimista a proposito di Envisat. “Informazioni ambientali affidabili e solide dell’impatto saranno un “must” per l’economia, la politica ed infine la sicurezza nell’arco dei prossimi cinque - quindici anni. Saranno informazioni di vitale importanza. E l’Europa deve assolutamente essere in grado di detenere tali informazioni”. E’ convinto che Envisat può rivelarsi un’immensa risorsa non solo per gli scienziati ed i politici ma anche per i cittadini. Ma cosa convince ricercatori determinati come Mark Doherty che un singolo satellite sia in grado di cambiare il mondo in cui viviamo? La semplice certezza che una corretta informazione scientifica conduca al decisionismo politico e generi un’opinione pubblica più informata. E questa convinzione si basa sulla validità dei dati.

La maggior parte degli scienziati, indipendentemente dal loro ramo, ammette che sebbene siano alla ricerca della verità, non sono in grado di conoscerla e nemmeno di produrla. L’unica cosa di cui la scienza dispone realmente è l’evidenza osservabile. Come affermava Francesco Bacone già 400 anni fa: “L’uomo è solo il servitore o l’interprete della natura, quello che fa e quello che sa altro non è che il risultato della sua osservazione dell’ordine naturale, nei fatti o nel pensiero”.

Ma se l’evidenza o i dati danno alla scienza la forza delle sue conclusioni, la natura stessa dei dati può anche indebolire la scienza e mettere in dubbio la sua capacità di qualificare la realtà. Questo è indubbiamente lampante nel caso del cambiamento del clima.

Global Change
Envisat aiutera' a comprendere gli effetti dell'anidride carbonica nel riscaldamento globale

Diamo un’occhiata ad alcuni degli oggetti della discordia. Anche se la comunità scientifica è generalmente concorde sul ruolo dell’anidride carbonica nel provocare il riscaldamento globale, c’è ancora incertezza sulla quantità di anidride carbonica esistente e sulla quantità che viene assorbita dai mari e dalle foreste.

Il Dott. Hartmut Grassl, ex responsabile del programma per la Ricerca sul Clima Globale, sostiene che la nostra mancanza di comprensione scientifica sull’emissione e la ritenzione dell’ anidride carbonica si inserisce in un contesto politico molto più ampio. Secondo il Dott. Grassl, Envisat fornirà una nuova soluzione a questo problema, indipendente e obiettiva.

“C’è un sensore installato a bordo di Envisat che ci darà il contenuto di anidride carbonica dell’atmosfera, si tratta di uno strumento chiamato SCIAMACHY, fondamentale ai fini della nostra comprensione del ciclo del carbonio. Grazie a questi dati, saremo in grado di determinare meglio le fonti ed i serbatoi di carbonio. Se possiamo determinare l’intero contenuto di carbonio nell’atmosfera in dato determinato luogo e misurarlo ad intervalli di tempo regolari, potremo usare un modello per quantificare produzione e consumo di anidride carbonica in Germania o in Gran Bretagna o sull’Atlantico.Combinando il modello con le informazioni provenienti da Envisat, saremo in grado di affermare se la foresta tedesca sia effettivamente un “consumatore” di carbonio durante l'estate. Questo è un esempio calzante dell’utilizzo dei dati scientifici ai fini delle decisioni politiche”. Tutto ciò potrebbe avere un forte impatto sulle trattative politiche in corso.

Le discussioni sui livelli di appropriazione del carbonio dominano le trattative tra le parti coinvolte nel Protocollo di Kyoto. Secondo Jos Debelke, uno dei principali attori della negoziazione da parte dell’Unione Europea, nonché direttore del Dipartimento per il Cambiamento Climatico della Commissione Europea, la promessa dei dati Envisat potrebbe rappresentare un valido aiuto per i politici.

Sciamachy Optical Assembly
SCIAMACHY optical assembly

“I dati satellitari di solito sono molto deboli, tranne quelli relativi alle emissioni di anidride carbonica. Gli altri gas e l’appropriazione di carbonio sono gli elementi di maggiore incertezza che pongono anche dei problemi metodologici. Ottenere quindi un’immagine sia regionale che globale sull’appropriazione di carbonio grazie allo strumento SCIAMACHY, potrebbe essere un grande vantaggio. Vi sono tantissime aree per le quali non disponiamo di informazioni valide e nemmeno di una corretta base metodologica e in questo dominio Envisat potrebbe rivelarsi utile.”

Oltre a spianare nuovi cammini con strumenti all’avanguardia della tecnologia, l’impatto di Envisat sarà forte anche perché tutti gli strumenti a bordo lavoreranno insieme, come non è mai stato possibile prima. E per i ricercatori, la capacità di disporre di dati diversi rilevati da strumenti diversi che lavorano tutti insieme, è a dir poco, entusiasmante. Secondo il Dott. Bryan Lawrence, a capo del Centro Britannico sui Dati Atmosferici dei Laboratori Rutherford Appleton, questo sarà uno dei vantaggi principali di Envisat.

A titolo di esempio, cita i problemi che stiamo avendo con l’ozono. Nonostante i successi ottenuti negli ultimi anni con l’eliminazione dei clorofluorocarburi o CFC dall’ambiente, il Dott. Lawrence sostiene che vi siano ancora delle enormi lacune nella nostra comprensione dello strato di ozono.“La gente continua ad affermare che quello dell’ozono è un problema ormai risolto, ci sono questi accordi internazionali ed è tutto finito, dobbiamo solo aspettare che questa roba esca dall’atmosfera, ma non è così semplice. Non sappiamo nulla degli agenti chimici che hanno sostituito i CFC. Sono davvero così sicuri? Prima tutti erano convinti che i CFC fossero sicuri, per sessanta, ottanta anni sono stati talmente sicuri che si potevano persino bere! Ma nessuno conosceva il loro impatto sull’ozono. Non conosciamo abbastanza bene la chimica di buona parte dei prodotti che abbiamo introdotto in sostituzione dei CFC. Envisat è dotato di strumenti grazie ai quali sarà possibile misurare la chimica con una risoluzione senza precedenti e sarà la sinergia di queste misurazioni l’elemento qualificante . In altre parole, sarà la sinergia dei dati che farà la differenza”.

Queste sono solo alcune delle questioni scientifiche controverse alle quali Envisat cercherà di dare una risposta. Ma cosa renderà Envisat diverso dalle altre decine di piattaforme spaziali? I dati. La loro quantità, la qualità e la loro valutazione apriranno nuovi orizzonti nel settore dell’osservazione satellitare.

Envisat Instruments
Envisat Instruments

Envisat è dotato di dieci strumenti che genereranno un enorme varietà di dati. Ogni giorno verrà inviata sulla terra una quantità di dati tale da riempire la memoria di 500 PC, raccolti tramite le stazioni di ricezione e assemblati al centro ESA/ESRIN di Frascati, vicino a Roma. Secondo Olivier Arino, a capo della sezione progetti che sviluppa i prodotti applicativi per gli utenti istituzionali all’ ESRIN, Envisat è unico in termini di dati.

“E’ l’unico che fornirà in tempo reale, dal punto di vista operativo, l’insieme di dati richiesti dalle istituzioni per monitorare l’implementazione del protocollo di Kyoto e di altri trattati ambientali”. Ma le dimensioni non sono tutto. Secondo Mark Doherty, a volte piccoli quantitativi di dati possono fornire informazioni di vitale importanza. “L’altimetro di cui è dotato Envisat, per esempio, è in grado di misurare i cambiamenti nel livello della superficie marina in centimetri, quindi serve a monitorare in quali punti il livello del mare si alza, ed è fondamentale. Questo strumento rileva piccoli quantitativi di dati, ma il valore dell’informazione è di gran lunga superiore alla quantità di dati. La quantità di dati è sicuramente interessante, ma è ancora più interessante conoscere i dettagli e la visione globale che se ne può trarre”.

I dati, indipendentemente dalla loro quantità, possono essere molto utili per gli scienziati, ma solo se si dimostrano affidabili. Nel passato vi sono state delle controversie, in quanto le osservazioni satellitari non corrispondevano con le osservazioni rilevate da terra. In che modo l’ESA si assicurerà che i dati di Envisat sono affidabili? "Per quanto concerne la credibilità, ci stiamo coordinando con un’organizzazione mondiale, il Comitato per i Satelliti di Osservazione Terrestre” afferma Yves-Louis Desnos, che gestisce gli utenti scientifici di Envisat all’ ESRIN.“Noi mettiamo a confronto i diversi insiemi di dati ottenuti dalle varie missioni di osservazione della terra, dalla NASA, dall’ESA e altri. Abbiamo finanziato una campagna a Miami, dove abbiamo messo insieme tutti gli strumenti utilizzati per calibrare e validare le misurazioni della temperatura degli oceani. Con queste informazioni, siamo in grado di garantire che i dati rilevati da Envisat o dai satelliti americani abbiano la stessa tracciabilità e siano compatibili tra di loro. Questo ci consentirà di monitorare la variazione della temperatura dell’oceano su un periodo di dieci anni con una precisione di 0,3 gradi. A quel punto, potremo monitorare le tendenze del clima globale con una certa sicurezza”.

Molti altri scienziati di tutta Europa sono coinvolti in questo processo di taratura e convalida. Il Dott. Ian Robinson dell’Istituto di Scienze Oceaniche e Terrestri del Centro Oceanografico di Southampton ha spiegato in che modo garantirà la precisione delle informazioni provenienti dallo strumento MERIS. Questo spettrometro a media risoluzione rileva le immagini della superficie del mare e delle nuvole ed è utile per visualizzare i colori dell’oceano in più di dieci lunghezze d’onda, “ci permette di vedere non solo quello che i nostri occhi vedrebbero, ma molto, molto di più”, afferma il Dott. Robinson.

Egli stesso è coinvolto nella taratura delle misure di MERIS e, utilizzando le informazioni derivanti da altre fonti come boe e navi, confronterà i primi dati rilevati da Envisat con questi.

Envisat in vertical position
Envisat in vertical position

Ian Robinson sostiene anche che questa volta l’ESA si è comportata da fuoriclasse per quanto riguarda l’elaborazione delle informazioni. “L’ESA ha dato il massimo, gli algoritmi sono pronti per ricevere dati come quelli sulla misurazione della clorofilla, che è veramente importante perché ci dice quanta anidride carbonica c’è nel mare. Hanno fatto tantissime serie di prove con dati fittizi. Sappiamo che i sistemi sono perfettamente funzionanti. L’ ESA ha investito tantissimo nella validazione dei dati, mettendo a punto un programma a cui è stata data una priorità molto elevata. I ricercatori potranno riporre molta più fiducia nei dati. ESA ha svolto per bene ogni fase della pianificazione”.

Anche la velocità e l’immediatezza delle informazioni sono cruciali. Yves-Louis Desnos afferma che la capacità di trasmissione in tempo quasi reale di Envisat farà una grande differenza. “Prima dovevi scegliere un sito ed aspettare 35 giorni prima di ottenere i dati. Se volevi avere rilevazioni da strumenti diversi, la trafila era ancora più lunga. Ora, con Envisat, possiamo avere, per esempio, le rilevazioni simultanee della temperatura di superficie del mare. Con un’elevata precisione, possiamo monitorare le onde dell’oceano e le foreste, tutto questo allo stesso momento!”

La prospettiva di ottenere tutti questi dati si sta rivelando molto appetitosa per gli scienziati europei. Sinora, più di 700 ricercatori hanno richiesto di poter lavorare con le informazioni che giungeranno da Envisat. Ma considerando che ci sono così tanti dati e così tanti scienziati che non vedono l’ora di mettere le mani su queste informazioni, come si farà a trasmetterle in maniera fluida dallo spazio al laboratorio?

ESA's new SpaceGRID project starts in September 2001
Grid avra' grande importanza nel trattamento del flusso di dati

Uno degli aspetti critici, secondo Bryan Lawrence, è quello delle applicazioni delle tecnologie Internet alla distribuzione. Egli ritiene che il sistema Grid influenzerà notevolmente il flusso dei dati. Grid è una forma più complessa di Internet che sfrutta la potenza di elaborazione di tutti i computer collegati ad una rete per incrementare enormemente le capacità di ogni singola macchina. “Quello che sta succedendo è che la comunità della ricerca sta cominciando ad utilizzare gli strumenti creati dagli esperti di informatica e dalle comunità di rete per fare le cose in maniera rapida ed economica invece di costruire un’altra infrastruttura per trasferire informazioni che costerebbe milioni di Euro .Ora si utilizza la larghezza di banda di Internet e di Grid nel futuro, semplicemente perchè è una tecnologia molto diffusa e prevalente".

Jean Paul Malingreau è uno dei consiglieri del Centro di Ricerca Congiunto della Commissione Europea. Si tratta di un’organizzazione a sé stante che fornisce consulenze scientifiche e know-how tecnico per supportare le politiche europee. Anch’egli afferma che l’attuale flusso di informazioni dalle missioni spaziali alle mani dei politici è molto lento. “E’ lento, per una serie di ragioni, le problematiche sono estremamente complesse, ed i ricercatori devono trasmettere la complessità delle questioni su cui spesso vi è incertezza sulle cause, soprattutto quando si tratta di cambiamento del clima. L’unica cosa chiara è che vi sono più informazioni disponibili di quante non raggiungano i politici ed il pubblico. In termini di raccolta dei dati satellitari, ve ne è una grande quantità che non viene sfruttata al massimo delle sue potenzialità”.

Malingreau sostiene che i politici sono ormai molto più consapevoli della necessità di avere dati validi soprattutto negli anni a venire, quando le trattative sull’ambiente si intensificheranno e ci sarà un disperato bisogno di metodi accurati per verificare il rispetto degli accordi presi. “Sicuramente vorremo vedere i risultati delle ricerche utilizzati di più, mentre i politici vorrebbero avere più risultati scientifici a portata di mano nel corso dei negoziati o del processo decisionale”.

ESRIN, Frascati, Italy
ESRIN UET (User Earth Terminal) Antenna, Frascati, Rome, Italy

Malingreau è convinto che Envisat sarà accolto con calore dai membri della Commissione Europea. “Envisat è una macchina formidabile, di natura molto complessa, con dieci strumenti a bordo ed offrirà un’ampia gamma di dati ed informazioni su una moltitudine di parametri importanti ai fini della valutazione del cambiamento globale. Credo che il suo impatto sarà fondamentale per la ricerca ed il progresso della comprensione del fenomeno del cambiamento globale. Tutto questo dovrà essere trasmesso ai politici, nel contesto di una catena di informazioni, dove un valido “primo anello” implica un buon risultato”. I ricercatori ritengono che Envisat permetterà uno sviluppo eccezionale che avrà un impatto ancora maggiore sul processo politico. La missione Envisat è pilotata dai suoi utilizzatori. Secondo Bryan Lawrence, Envisat “darà migliori risposte alle esigenze degli utilizzatori finali”. Oliver Arino, del centro ESRIN dell’ESA, sostiene che lui ed i suoi colleghi stanno dialogando con l’Unione Europea e con i pianificatori, in particolare con il Consiglio per l’Ambiente della Commissione Europea. “Stiamo cercando di capire, a livello europeo, quali siano le loro esigenze”.

Cita l’esempio della direttiva UE sull’utilizzo e la conservazione delle risorse idriche. “Envisat è in grado di fornirci una visione regionale, Possono ottenere informazioni dai governi nazionali, ma necessitano di uno strumento che consenta di effettuare paragoni tra i paesi dell’Unione Europea. Solo i dati di Envisat possono offrire una cosa simile”.

E non è solo a livello europeo che Envisat dovrebbe avere un impatto significativo. A livello nazionale, i dati di Envisat saranno utilizzati per assicurarsi che le nazioni adempiano agli obblighi presi in base al Protocollo di Kyoto. E la voce si è diffusa dai governi alle istituzioni politiche e civili. Olivier Arino cita l’esempio delle autorità preposte alla protezione civile in Italia. “Sono venuti a trovarci all’ ESRIN e ci hanno chiesto di dimostrare che Envisat è in grado di tracciare le mappe delle foreste incendiate, un requisito legale in Italia. Queste persone sono pronte a pagare per ottenere informazioni simili quando saremo in grado di fornirle”.

Il lancio di Envisat avviene in un momento favorevole, quando sia i politici che gli scienziati sono consapevoli delle possibilità del satellite ed entrambi aspettano con ansia di entrare in possesso delle informazioni che fornirà, anche se per scopi diversi. Ma secondo Jos Debelke del Dipartimento Europeo per il cambiamento climatico, gli scienziati devono superare un grande ostacolo se vogliono che i loro dati influenzino realmente il processo politico.

SCIAMACHY will detect many different trace gases
Sciamanchy e' in grado di rilevare le tracce di molti gas

“La comunità scientifica è consapevole delle incertezze che il sistema comporta. Dobbiamo avere il coraggio di tirare le somme ogni tanto e di costruire un’opinione scientifica di maggioranza per comunicare ai politici a che punto ci troviamo. Se dobbiamo aspettare una risposta definitiva dal mondo scientifico, un consenso unanime, allora dovremo aspettare Godot. Finché tutto resta incerto, i politici non saranno in grado di gestire problemi sui quali possiamo già agire. Pertanto, un maggiore livello di fiducia nei dati da parte degli scienziati, aiuterebbe enormemente il processo politico.”

Secondo Bryan Lawrence, questo è un punto di forza fondamentale dei dati Envisat. “Le persone dovranno solo sapere cosa vogliono, non come fare per ottenerlo. Tutto quello che dovranno fare sarà porre le domande giuste, e non sapere come ottenere le informazioni necessarie per le risposte. Forse non sarò mai in grado di dare ad un politico una risposta bianca o nera, ma grazie ad uno strumento sofisticato e veloce come Envisat, sarò certamente più sicuro della mia risposta”.

Secondo Ian Robinson, un altro punto chiave ai fini dell’accettazione dei dati rilevati da Envisat a livello politico è che deve fare “una vera differenza per le persone vere”. “E’ il momento di raccogliere i risultati. Gli scienziati sono stati finanziati per anni perché sviluppassero una comprensione degli oceani e adesso che possiamo misurare la temperatura di superficie, il colore, ecc., è ora che la società ne tragga beneficio. Envisat si rivelerà utile anche per quanto concerne il fenomeno della entrofia, il rilevamento delle onde, il monitoraggio dell’inquinamento e dei versamenti di petrolio. E’ in questi scenari in tempo reale che Envisat farà la differenza per la gente".

Ed anche se la scienza e la politica non potranno risolvere tutti i problemi dell’ambiente, Ian Robinson sostiene che vi sia una ragione principale per la quale i dati rilevati da Envisat avranno un impatto globale.“E’ la continuità dei dati. E’ nostro dovere nei confronti del mondo continuare a raccogliere dati statistici. Da molti punti di vista, siamo solo all’inizio e dobbiamo guardare avanti, alla prossima generazione. Probabilmente i nostri figli erediteranno un caos ambientale ma almeno daremo loro dei dati accurati in base ai quali elaborare delle soluzioni. E’ nostro dovere morale raccogliere questi dati e consegnarli”.

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