 Fin dagli inizi dell’era spaziale, l’osservazione della Terra mediante satelliti orbitanti è stata una fonte preziosa di informazioni su tutta la complessa fenomenologia che caratterizza l’evoluzione del nostro pianeta. Costellazioni internazionali di satelliti sono state poste in orbita geostazionaria  [114] e per osservare con continuità l’intera superficie del globo e fornire dati essenziali ai modelli matematici per le previsioni meteorologiche. Altri in orbita polare per ottenere con sufficiente risoluzione spaziale e ripetitività giornaliera la misura di molti parametri fisici e climatologici su tutti i punti della superficie della Terra. Infatti, per capire il clima, occorre comprendere prioritariamente i meccanismi degli scambi di energia tra lo spazio esterno e la Terra, mediati dalla dinamica dell’atmosfera e degli oceani. Si devono introdurre nei modelli informazioni dettagliate sulle correnti oceaniche, sui venti, sulla dinamica e sulla chimica dell’atmosfera e sull’attività biologica delle terre emerse e dei mari. Occorre capire i bilanci di energia e di materia che si hanno nei grandi cicli dell’acqua e del carbonio, anche con l’intermediazione delle foreste e del fitoplancton  degli oceani.
Un progresso decisivo per quanto riguarda la conoscenza più dettagliata del territorio e dei processi dinamici di interesse economico e sociale è stato dato fin dagli anni ’70 dalla serie di satelliti Landsat  , muniti di sensori multispettrali con risoluzione spaziale dell’ordine della decina di metri a terra e ripetitività dell’ordine del mese, che hanno contribuito allo studio della utilizzazione agricola del territorio, alla caratterizzazione morfologica e geologica di vaste aree, alla individuazione delle risorse minerarie, allo studio dello sviluppo delle aree urbane, ed alla comprensione della dinamica delle acque oceaniche e dei mari interni e dei fenomeni collegati con inquinamento, eutrofizzazione e gestione delle risorse della pesca.
Trent’anni di progresso tecnologico nel campo dei sensori e degli strumenti di osservazione in sempre più ampie zone dello spettro elettromagnetico nella realizzazione di piattaforme orbitanti e nella gestione della dinamica orbitale, ha migliorato sensibilmente l’efficienza dei metodi di osservazione della Terra dallo Spazio.
Un esempio recente ci è dato dagli strumenti sofisticati che si trovano oggi su Envisat , messo in orbita dall’Agenzia Spaziale Europea . Envisat fa anche la “tomografia” dell’atmosfera determinando la concentrazione di vari gas presenti. Gli spettrometri ed gli interferometri di Envisat misurano infatti l’estinzione della luce solare, lunare e delle stelle mentre queste tramontano all’orizzonte, lambendo l’atmosfera. Misurano così le righe spettrali di assorbimento di vari gas, fornendo il profilo verticale delle loro concentrazioni nell’atmosfera con elevata risoluzione spaziale e temporale. E’ con questi strumenti che si conosce oggi la dinamica del buco dell’ Ozono.
Per quanto invece riguarda gli oceani, numerosi altri satelliti analizzano la composizione spettrale delle radiazioni elettromagnetiche riflesse, diffuse ed emesse dalle acque oceaniche su tutto il globo, determinandone temperatura superficiale, la concentrazione di clorofilla e di altri materiali sospesi, con evidenti informazioni sulla dinamica delle correnti. Contemporaneamente sensori attivi a microonde , radar-altimetri e altri rivelatori determinano la topografia degli oceani, le caratteristiche del moto ondoso, il campo dei venti e le grandi correnti oceaniche. Un’ultima classe di strumenti stanno oggi rivoluzionando i modi di osservazione della Terra dallo spazio. Si tratta dei SAR, o RADAR ad Apertura Sintetica, che illuminano le zone osservate con onde radio centimetriche per le quali le nuvole sono del tutto trasparenti. Questi strumenti sono perciò in grado di operare giorno e notte e con ogni copertura nuvolosa.
Nel SAR si incontrano le soluzioni più avanzate dell’elettronica, della fisica delle onde elettromagnetiche e dell’ottica coerente e della scienza dei computer. Nel caso del SAR, le sofisticatissime tecniche di elaborazione digitale dei segnali permettono di ottenere immagini con risoluzione confrontabile con quella dei migliori sensori ottici. Le immagini SAR di ERS 1 e 2 , ottenute da circa 800 km di altezza hanno risoluzione dell’ordine della decina di metri e quelle previste per il progetto italiano Cosmo Skymed avranno risoluzione sub-metrica, migliore di quella dei sensori ottici di Ikonos .
Il perfetto controllo della fase del segnale RADAR e la conoscenza precisa dell’orbita della piattaforma hanno consentito di sviluppare anche una tecnica interferometrica , facendo interferire nel computer echi RADAR coerenti ottenuti in due passaggi successivi della piattaforma su orbite parallele molto vicine. Le immagini interferometriche SAR mostrano direttamente le curve topografiche di livello delle aree osservate e sono applicabili a tutta la superficie del pianeta. In presenza di deformazioni, per esempio causate da terremoti, bradisismi, scorrimento di ghiacciai, ecc., l’uso di tre immagini SAR coerenti riprese prima e dopo la deformazione, consente la misura di spostamenti, anche solo millimetrici. Con sequenze di immagini SAR su periodi pluriennali, si può anche seguire gli spostamenti millimetrici, anche se lentissimi, di particolari oggetti al suolo che fungono da riflettori permanenti.
Anche l’Italia è molto attiva in questo settore dell’attività spaziale. Oltre a contribuire alla realizzazione dei vari satelliti di osservazione realizzati dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ed all’impiego dei dati telerilevati per iniziative di ricerca scientifica e in progetti applicativi, sotto la responsabilità dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) sta realizzando il progetto Cosmo–Skymed, per una costellazione di satelliti di osservazione operanti con tecnologia RADAR in grado di fornire osservazioni continue della superficie terrestre ad alta risoluzione e ripetitività.
Luciano Guerriero – Fisico
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