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A scuola di missioni spaziali: I satelliti in in orbita per capire la Terra

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A scuola di missioni spaziali: I satelliti in in orbita per capire la Terra
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Che cosa ci permettono di vedere più di quello che possiamo osservare noi con i nostri occhi? Scopriamolo insieme

Nell’ottobre del 1957 l’Unione Sovietica lanciò il satellite artificiale Sputnik 1 che permise agli scienziati di studiare la ionosfera. Successivamente, nel gennaio 1958, gli Stati Uniti mandarono in orbita il satellite Explorer 1 che permise di scoprire le fasce di Van Allen. Ma perché lanciamo satelliti nello spazio per osservare la Terra? Non sarebbe più facile osservare la Terra direttamente dalla Terra? In realtà, i satelliti nello spazio ci permettono di migliorare la quantità e la qualità delle osservazioni terrestri. Come?

Il primo fattore importante è quello della lontananza: immaginate di mettere l’occhio a pochi centimetri da un mappamondo e di allontanarvi gradualmente. L’area che l’occhio riesce a vedere viene chiamata campo visivo. Si può notare che quanto più l’occhio si allontana, quanto più grande diventa il campo visivo. I satelliti si trovano a grandi distanze dalla Terra e per questo motivo riescono a osservare ampie regioni del nostro pianeta. I satelliti si muovono su due principali orbite: le orbite basse, indicate con il termine LEO (Low Earth Orbit), a una distanza dalla Terra che varia tra i 160 e i 1.000 chilometri, e le orbite geostazionarie, indicate con il termine GEO (Geostationary Earth Orbit), a una distanza di circa 36.000 chilometri dalla Terra.

IMMAGINI IN TEMPO REALE

Un aspetto molto importante delle osservazioni terrestri è poi legato alla qualità delle immagini. Definiamo la Risoluzione Spaziale come la capacità di osservare il più piccolo dettaglio di un’immagine.

Ritornando all’esercizio del nostro occhio che si allontana dal mappamondo, si può notare che allontanandoci il nostro occhio è in grado di catturare un’area più grande, ma perde i dettagli. Alcuni satelliti commerciali riescono a catturare immagini sulla Terra con un livello di dettaglio, ovvero una risoluzione, di 30 centimetri. Un altro vantaggio delle osservazioni dallo spazio è legato al fatto che i satelliti scrutano la Terra ininterrottamente e sono in grado di inviarci immagini in tempo quasi reale: 24 ore al giorno, 365 giorni l’anno.

Una volta ricevute, le immagini prese dai satelliti possono essere utilizzate immediatamente oppure immagazzinate per studi a lungo termine. Tipici casi di applicazioni in tempo reale sono quelli legati al monitoraggio di fenomeni naturali catastrofici, come ad esempio uragani, tsunami o incendi; e servono per aiutare le autorità locali a salvaguardare la vita dei cittadini. Anche le previsioni del meteo sono realizzate grazie al monitoraggio satellitare e usate da tutti i cittadini ogni giorno.

RICERCHE E STUDI A LUNGO TERMINE

Invece, per quanto riguarda le immagini immagazzinate, l’esempio più importante è quello legato al cambiamento climatico. Le diverse riprese nel tempo hanno permesso agli scienziati di analizzare l’evoluzione del clima e dell’ambiente durante il corso degli anni e di fare proiezioni per il futuro. Le immagini sono state importantissime anche in questo difficile periodo dovuto alla pandemia di coronavirus.

Le agenzie spaziali europea (Esa), americana (Nasa) e giapponese (Jaxa) hanno creato una task force comune, mettendo a disposizione i dati delle varie missioni di osservazione terrestre, proprio con l’obiettivo di misurare l’impatto delle restrizioni sanitarie sul nostro pianeta. Con il lockdown e l’arresto di veicoli privati e pubblici e lo stop di diverse industrie, si è registrata una variazione nella composizione atmosferica. Gli strumenti dei satelliti hanno osservato per mesi le varie regioni del mondo. La telemetria ha fornito agli scienziati i dati numerici al fine di costruire mappe che mostrano il cambiamento nella composizione atmosferica nel tempo.

Il confronto delle immagini di inizio 2020 con quelle degli stessi luoghi scattate nei mesi o negli anni precedenti, ha evidenziato un miglioramento della qualità dell’aria anche in quelle città che sono ben note per il loro alto livello di inquinamento. Nella foto in basso si può osservare la riduzione delle emissioni di diossido di azoto in Europa tra gennaio e marzo 2020, grazie alle immagini raccolte dal satellite Copernicus Sentinel 5P dell’Agenzia Spaziale Europea.

UNA VISIONE CHE VA OLTRE L'OCCHIO UMANO

Nelle immagini qui sotto dell’Europa prima e durante il lockdown è inserita una legenda che spiega il significato dei colori. Perché è necessario inserire questa spiegazione? Noi non potremmo vedere quei colori.

Gli apparecchi montati sui satelliti, infatti, colgono anche quello che sfugge ai nostri occhi. Se l’uomo riesce a vedere solo all’interno di determinate frequenze dello spettro elettromagnetico, i satelliti, con i loro strumenti potentissimi, arrivano a rilevare anche altre frequenze: ad esempio, nel campo dell’infrarosso e dell’ultravioletto.

I satelliti, quindi, sebbene così lontani da noi, risultano essere importantissimi per la nostra vita quotidiana
e per aiutarci a conoscere, monitorare e salvaguardare il nostro pianeta.

ESPERIMENTI SUL CAMPO VISIVO E LO STUDIO DELLE MAPPE

ESPERIMENTO 1: CAMPO VISIVO

Obiettivo

Dimostrare che il campo visivo è direttamente proporzionale alla distanza.

Materiali

Mappamondo; cartina geografica; atlante.

Svolgimento

  • Step 1: avvicinare l’occhio al mappamondo e scrivere le regioni geografiche che si riescono a vedere.
  • Step 2: allontanare l’occhio di alcuni centimetri e scrivere le regioni geografiche che si riescono a vedere. Ripetere l’esercizio, allontanando l’occhio di volta in volta. Si noterà che, quanto più ci allontaniamo, quanto più grande è l’area geografica che riusciamo a vedere

ESPERIMENTO 2: RISOLUZIONE SPAZIALE

Obiettivo

Dimostrare che risoluzione è inversamente proporzionale alla distanza.

Materiali

Mappamondo; cartina geografica; atlante.

Svolgimento

  • Step 1: avvicinare l’occhio al mappamondo e scrivere
    i dettagli delle regioni geografiche che si riescono a vedere, a partire dai nomi di città, fiumi, laghi...
  • Step 2: allontanare l’occhio di diversi centimetri e scrivere
    i dettagli delle regioni geografiche che si riescono a vedere, a partire dai nomi di città, fiumi, laghi...
  • Ripetere l’esercizio, allontanando l’occhio di volta in volta. Si noterà che quanto più ci allontaniamo, quanti meno dettagli riusciamo a cogliere.

ESPERIMENTO 3: IMPATTO COVID-19

Obiettivo

Osservare la variazione della presenza di diossido di azoto sopra la Cina durante i mesi del lockdown dovuti al Covid-19.

Materiali

Immagini raccolte dal satellite ESA Copernicus Sentinel 5P.

Svolgimento

Confrontare le immagini satellitari raccolte a dicembre, gennaio e febbraio. Osservare la variazione della presenza di diossido di carbonio. Utilizzando la legenda, interpretare le immagini e dedurre se il diossido di carbonio è aumentato o diminuito durante il lockdown.

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