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Missione ECOSTRESS

Panoramica sulla missione

ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (ECOSTRESS) è il nome dello strumento di osservazione ad infrarossi termici montato sulla Stazione Spaziale Internazionale nel 2018 e operativo fino al 2023, termine stimato della missione. Per un peso di “soli” 465 chilogrammi ed un volume di 1,3 metri cubi, la strumentazione consiste in un radiometro multispettrale che analizza la superficie terrestre nello spettro del medio infrarosso, in particolare su cinque bande spettrali che vanno dagli 8 ai 12,4 micrometri. La risoluzione spaziale del radiometro è di 38 metri in-track per 69 metri cross-track, e l’accuratezza delle misurazioni va dai 0,5 K fino ai 300 K, con un range operativo tra i 200 K e i 500 K.

 

Gli obiettivi di ECOSTRESS sono sintetizzati nei seguenti punti:

  • Comprendere la risposta della biosfera terrestre ai cambiamenti nella disponibilità di acqua;
  • Capire come gli stress idrici sulla vegetazione influenzano il ciclo del carbonio;
  • Curare gli aspetti critici dell’agricoltura attraverso il costante monitoraggio del consumo idrico destinato alle colture, e attraverso una migliore stima delle siccità.

La temperatura delle piante è un dato estremamente importante nelle misure di ECOSTRESS. I loro meccanismi di termoregolazione si basano sulla traspirazione, ovvero evaporazione di acqua dagli stomi in caso di stress termico. Se successivamente alla traspirazione la temperatura continua ad innalzarsi, ECOSTRESS interpreta questo segno come scarsità delle risorse idriche locali. Uno dei risultati principali di ECOSTRESS è la redazione dell’Indice di Stress da Evaporazione (ESI), ovvero un indicatore di siccità che evidenzia il livello di stress subìto dalle piante e la probabilità di arrivo di un periodo di siccità. Dati del genere possono essere cruciali per le previsioni meteorologiche e per gli agricoltori e gli impiegati del settore primario, la cui economia dipende strettamente dalla resa dei raccolti.

Indice ESI degli Stati Uniti per agosto 2012. Le aree rosse indicano le zone soggette a forte stress idrico, mentre quele verdi sono le zone soggette a minor rischio.

Effetti della pandemia sullo stress termico urbano

Il compito di ECOSTRESS non è vincolato alle sole analisi termiche del suolo. Il radiometro si presta versatilmente a diversi compiti, come allo studio degli effetti antropici sull’ambiente durante la pandemia.

Christopher Potter, ricercatore NASA all’Ames Research Center, si è interessato agli effetti del lockdown imposto dallo Stato della California sul territorio locale. In particolare, Potter ha notato che l’introduzione dell’obbligo ha ridotto il numero di vetture sulla strada, e cambiato il modo in cui le aree di parcheggio, le autostrade, e i grandi complessi industriali assorbono la luce solare e restituiscono calore nello spettro dell’infrarosso.

Questa immagine mostra le variazioni di temperatura superficiale del 22 maggio 2020 misurate da ECOSTRESS nell’area di Milpitas, California, in pieno lockdown. I punti blu sono le stesse temperature misurate da ECOSTRESS e confermate da msiure a terra, fatte in larghi parcheggi vuoti. Le nuances rosso-scure mostrano la temperatura sull’asfalto nero, quelle giallo-verdi fanno riferimento alle aree verdi e con buona presenza di vegetazione, quindi con temperature minori. I tetti delle strutture si collocano in nuances intermedie. Credits: Christopher Potter, NASA Ames Research CenterCredits: Christopher Potter, NASA Ames Research Center

Il team di Potter si è servito dei sensori del satellite Landsat e del radiometro ECOSTRESS per mappare i flussi di calore nelle aree urbane della Bay Area di San Francisco. I dati satellitari sono stati successivamente confermati da misurazioni svolte a terra. In conclusione, Potter ed il suo team hanno osservato che una minore presenza di vetture per strada ha aumentato la quantità di calore trattenuto da strade, autostrade, e parcheggi, contribuendo allo stress termico sulla vegetazione e nelle aree urbane. Lo scienziato ritiene che un’analisi del genere possa creare i presupposti per fronteggiare le ondate di caldo al fine di migliorare la salubrità ambientale. 

Una simile analisi è stata condotta anche su quattro maggiori città europee, avvalorando l’ipotesi di Potter sulla concentrazione di flussi termici nei centri densamente abitati.

Roma, Madrid, Parigi, e Milano sotto il filtro visivo di ECOSTRESS, nei giorni 27 e 28 giugno 2019. (image credit: NASA/JPL-Caltech)

I dati di ECOSTRESS nella lotta agli incendi boschivi

Le caratteristiche di ECOSTRESS sono quelle ideali per un’attività di monitoraggio di un incendio. ECOSTRESS ottiene nuovi dati ogni giorno, per più di un’ora e mezza di osservazione. Infatti, i satelliti che acquisiscono dati con maggiore frequenza non dispongono sempre della risoluzione necessaria, e quelli con una risoluzione maggiore di quella di ECOSTRESS sorvolano la stessa area con una minore frequenza, anche dopo 5 o 16 giorni dall’ultimo passaggio. Per tali ragioni, i ricercatori del team RADR-Fire al Pacific Northwest National Laboratory hanno usato i dati di ECOSTRESS come parte di un nuovo strumento atto ad assistere gli operatori impiegati nel primo intervento, tra cui il Corpo Forestale degli Stati Uniti.

I dati di ECOSTRESS sono serviti a controllare l’incendio Bootleg scoppiato nell’Oregon il 6 luglio 2021. Nel giro di circa due settimane, l’incendio ha consumato più di 410.000 acri, circa 400 strutture e centinaia di veicoli. L’incendio è ancora attivo, è contenuto al 53%, e la sua totale estinzione è stimata per l’1 ottobre. Nel video in basso, ECOSTRESS ha tracciato, e continua a tracciare, l’espansione del perimetro dell’incendio Bootleg.

ECOSTRESS ha acquisito dati anche sull’incendio Dixie nel nord della California, il quale ha raggiunto l’estensione di oltre 220.000 acri in pochi giorni. Anche qui, le aree rosse rappresentano il confine dell’incendio che si è espanso a mo’ di macchia d’olio dal 15 al 24 di luglio. Al 27 luglio, il livello di contenimento dell’incendio era stimato al 23%.

L’uso di dati satellitari come quelli procurati da ECOSTRESS si sta rivelando una strategia valida e versatile nel monitorare gli incendi boschivi.

Immagine di ECOSTRESS del 28 luglio, di tre incendi, il Carr ed il Whaleback in California, ed il Perry nel Nevada (image credit: NASA/JPL-Caltech)

Fonti
Antonio Ricci
Studente di Ingegneria Aerospaziale, appassionato del mondo astronautico, di arte contemporanea e di musica lo-fi.

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