La rivoluzione di Venezia: l'altimetria radar dallo spazio agli oceani

L’altimetria radar è una tipica applicazione nata con l’era spaziale: il nome ne dichiara apertamente l’utilizzo. Si usa un radar a bordo di un satellite per misurare il livello della superficie terrestre e, in particolare, delle acque. Alcuni satelliti per l’osservazione della Terra, fra i quali il satellite dell’ESA Envisat, sono provvisti di un radar a bordo che manda 1800 impulsi al secondo verso terra e ne raccoglie poi l’eco provocato da superfici come oceani e ghiacciai e, in tempi recenti, anche laghi o fiumi. Conoscendo con esattezza la velocità della luce e la quota orbitale del satellite, si misura il tempo impiegato dalle onde radio per percorrere il tragitto di andata e quello di ritorno. E questo permette di calcolare il livello delle acque che hanno prodotto l’eco.

Detto così sembra facile, ma consideriamo i numeri: i satelliti orbitano a circa 800 kilometri di quota. La precisione è invece a livello di pochi centimetri. Questo spiega perché all’epoca delle prime missioni, questa tecnica era stata accolta con una certa diffidenza da parte della comunità degli oceanologi: si sospettava che potesse rivelarsi del tutto inutile.

In realtà nel corso di questi 15 anni i risultati sono stati così rilevanti che oggi la comunità degli stessi studiosi di oceano è disposta ad ammettere che abbia completamente rivoluzionato gli studi di settore: nell’oceanografia, nella geodesia e nella topografia marina. Risultati dovuti a contributi di molte agenzie spaziali, a iniziare dalle esperienze di SeaSat della NASA e poi, dal 1991, ai satelliti europei ERS-1, il primo satellite per le osservazioni della Terra dell’ESA, seguito poi da ERS-2 e oggi da Envisat, sempre dell’ESA, e alla missione TOPEX-Poseidon (1991), una collaborazione tra Agenzia Spaziale Francese e NASA a cui poi è seguita la missione congiunta Jason-1 nel 2001.

Ma in che cosa è consistita la rivoluzione?

Naturalmente è stata una rivoluzione “lenta”: questo grande congresso internazionale è l’occasione giusta per riconoscerla apertamente.

Essere in grado di misurare il livello dei mari con errori di appena qualche centimetro e raccogliere queste misure ripetutamente, in modo quasi routinario, ha modificato il modo di pensare all’oceano: mentre fino a qualche decina di anni fa l’oceano era visto essenzialmente come sistema geologico, un sistema cioè che varia lentamente nel tempo e con variazioni che coinvolgono grandi scale, oggi ne abbiamo una visione estremamente dinamica. L’oceano si modifica giorno dopo giorno e le variazioni che hanno luogo in una certa regione hanno conseguenze che non sono locali, ma che si diffondono sull’interno globo, con modalità e conseguenze da analizzare caso per caso.

Il punto chiave è che l’altimetria radar permette di avere una visione d’insieme dell’oceano e quindi di mettere in relazione eventi che si verificano lontano nello spazio. Solo i satelliti ci permettono di valutare pienamente questi aspetti di interconnessione a livello planetario, offrendoci oltre a dati molto precisi, una copertura globale.

E intanto lo studio del livello dei mari ci rivela anche che cosa accade sotto la superficie, consentendoci anche di sviluppare modelli per predire le condizioni “meteo” degli oceani. Che applicazioni hanno questi modelli?

L’acqua più è calda e più si dilata: il livello delle correnti di acqua più calda rispetto all’acqua circostante risulta più alto. Questo ci permette di tracciare le correnti oceaniche e le loro variazione con grande accuratezza e di sviluppare avere modelli di circolazione oceanica. E tutto questo ci consente di sviluppare previsioni sulle condizioni oceaniche: quando i livelli del mare in una zona sono più alti, per esempio, ha luogo una circolazione oceanica anticiclonica, che in genere significa buone condizioni nello stato degli oceani, altrimenti se i livelli sono più bassi dobbiamo aspettarci una circolazione oceanica ciclonica e cattive condizioni nello stato dei mari..

Tutto ciò non è pura accademia: predire le condizioni dello stato degli oceani significa per esempio predire El Niño, predire allagamenti delle aree sotto il livello del mare.

Conoscere le correnti e saperne predire l’intensità e le variazioni significa anche essere in grado di tracciare la traiettorie degli agenti inquinanti, come per esempio le perdite di petrolio.

Secondo alcuni il grande successo della altimetria radar è di aver identificato per la prima volta le cosiddette onde planetarie, che potrebbero giocare un ruolo anche nel cambiamento climatico. Di che si tratta?

Le onde planetarie o onde di Rossby sono onde interne agli oceani: furono ipotizzate su basi teoriche negli anni ’30, tenendo conto della rotazione terrestre, ma poiché in superficie non superano i 10 centimetri non erano mai state trovate evidenze osservative.

Grazie all’altimetria radar, per esempio, si è capito che queste onde si sviluppano fino a grande profondità. Le onde di Rossby influenzano i principali pattern di circolazione oceanica.

Addirittura secondo qualcuno si tratta di meccanismi che portano in superficie elementi nutrizionali di grande importanza: da questo punto di vista sono fenomeni importanti anche per i biologi. Non solo: rifornendo di materiale nutritivo la superficie degli oceani, potrebbero giocare un ruolo importante anche nel ciclo del carbonio e dimostrarsi rilevanti anche per valutare l’impatto del riscaldamento globale.

Nota:

Le interviste

Dal maggio 2000, con cadenza settimanale, RAI NEWS 24 - canale televisivo digitale della RAI dedicato all'aggiornamento in tempo reale - riserva all'ESA uno spazio di approfondimento di 5 minuti: un'intervista su una notizia di attualità legata alle attività nello spazio.

I servizi vengono ritrasmessi ulteriormente su RAI International e RAI 3. Si va dagli approfondimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale, alle scoperte scientifiche dei satelliti dedicati all'astronomia, alle applicazioni concrete legate alle osservazioni della Terra dallo spazio.

Il giornalista della Rai, Lorenzo di Las Plassas, passa cinque minuti con il rappresentante dell'ESA, Stefano Sandrelli, per dare un'idea dell'argomento e per approfondirne un aspetto, in modo che, leggendo di seguito le interviste relative a uno stesso settore se ne abbia uno spaccato sempre più ampio, venendo a conoscenza di cose sempre nuove.

Per ulteriori informazioni, rivolgersi a: Simonetta.Cheli@esa.int.