Una foto di un incendio In California scattata dal satellite NASA-USGS Landsat 8. Credits: NASA Earth Observatory image by Joshua Stevens, using Landsat data from USGS
Lo scorso settembre il web è stato invaso dalle immagini di una San Francisco apocalittica, avvolta in una atmosfera arancione che ha inevitabilmente ricordato le scene del film Blade Runner 2049. Questa volta però, non sono stati gli effetti speciali a tingere il cielo della città californiana. I responsabili erano i fumi e le polveri rilasciate dagli aggressivi incendi che durante l’estate hanno devastato gli stati occidentali. Durante tutto il periodo dell’emergenza la NASA ha utilizzato i suoi satelliti per mappare gli incendi mettendo a disposizione degli operatori di terra i dati acquisiti dall’alto.
Gli strumenti in orbita godono infatti di una vista privilegiata grazie alla quale è possibile individuare e tracciare gli incendi a partire dall’emissione di calore (radiazione infrarossa) e dall’osservazione dei fumi. La NASA utilizza un sistema satellitare dedicato chiamato Joint Polar Satellite System’s (JPSS). Si tratta di una costellazione in orbita polare di nuova generazione, nata dalla collaborazione tra NASA e NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration).
Attualmente è composta da due soli satelliti, il NOAA-20 e il Suomi NPP, ma nei prossimi anni verrà completata con altri tre elementi. L’obiettivo principale del JPSS è quello di monitorare la terra a 360 gradi (condizioni atmosferiche, oceanografiche, previsioni meteo, previsione di disastri naturali). Tra i vari strumenti con i quali sono equipaggiati questi due satelliti c’è il VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suit) grazie al quale è possibile individuare la presenza di punti caldi (“hot spot”) sulla superficie terrestre, i quali rivelano la presenza di un incendio.
I due satelliti in orbita polare sono separati da un intervallo di 50 minuti e l’architettura della costellazione è tale che quando uno dei due satelliti si trova su un polo, l’altro si trova su quello opposto. Grazie alla bassa quota dell’orbita sulla quale operano, sono in grado di fornire dati ad elevata risoluzione effettuando però pochi sorvoli al giorno sul punto di interesse. I due satelliti del JPSS lavorano perciò congiuntamente con i satelliti geostazionari GOES i quali sono invece dotati di una risoluzione più grossolana ma, grazie alla loro orbita, possono osservare lo stesso punto sulla superficie terrestre in maniera continuativa, consentendo di avere informazioni ad intervalli di 5-10 minuti.
Il sistema JPSS è stato concepito per rimpiazzare il vecchio sistema satellitare (attualmente ancora operativo) composto dai satelliti Terra e Aqua. Questi ultimi sono equipaggianti con lo strumento MODIS, versione precedente del VIIRS. Nel seguente video un render delle orbite dei satelliti del JPSS.
L’osservazione satellitare è di fondamentale importanza. Avendo una visione globale della superficie terrestre, è possibile identificare istantaneamente l’insorgere di un incendio che può verificarsi in una regione remota e, pertanto, non essere avvistato con la stessa prontezza da terra. Le fasi iniziali di un incendio sono infatti le più critiche: è necessario un tempo di risposta rapido per circoscrivere le fiamme, soprattutto in un ambiente secco e ventilato come quello californiano. Con l’avvento della tecnologia satellitare, le osservazioni, che prima venivano fatte con sorvoli aerei, sono diventate molto più complete e immediate: le informazioni acquisite dai satelliti sulla localizzazione, velocità, e propagazione delle fiamme, vengono ora passate in tempo reale agli operatori di terra.
La raccolta di dati non riguarda solamente il tracciamento delle fiamme, ma anche dei fumi e delle polveri da esse generati. La combustione del suolo e della vegetazione rilascia infatti in atmosfera una enorme quantità di questi prodotti, i quali, trasportati dai venti, possono arrivare anche a decine di chilometri di distanza dall’incendio che li ha generati. Il tracciamento di questi fumi è importante tanto quanto quello delle fiamme perché la loro presenza in corrispondenza di centri densamente popolati può determinare un aumento del rischio di malattie cardiovascolari e respiratorie.
La capacità di prevedere gli spostamenti di questi fumi tossici da parte dei satelliti è allora indispensabile per poter predisporre evacuazioni e misure di sicurezza con largo anticipo. La mappatura dei pennacchi di fumo, o del monossido di carbonio prodotto dalla combustione, avviene con le stesse modalità utilizzate per il monitoraggio dell’atmosfera di Marte durante i cicli stagionali o l’osservazione delle sue tempeste di sabbia. In particolare viene sfruttato lo strumento MISR (Multi-Angle Imaging SpectroRadiometer), montato sul satellite Terra.
Questo strumento è composto da nove telecamere orientate con angoli diversi rispetto alla terra, che vengono utilizzate per determinare l’altezza delle colonne di fumo analogamente a quanto farebbero i nostri occhi: puntando in direzioni leggermente diverse per ottenere la percezione della profondità. La misurazione dell’altezza di questi pennacchi è fondamentale per la previsione delle distanze percorse dai fumi e dalle polveri.
Di grande importanza è anche la valutazione post-incendio dei danni, che consente di comprendere il fenomeno e l’impatto che esso ha avuto. Questi dati possono essere utilizzati oltre che da un punto di vista ecologico e ambientale, anche per ridurre il rischio derivante dagli smottamenti di terreni alterati dalla combustione. Infine, queste osservazioni satellitari possono essere sfruttate anche a scopo preventivo: partendo dal monitoraggio delle condizioni ambientali e del suolo, è possibile infatti definire le aree maggiormente a rischio in futuro.
Il monitoraggio degli incendi dall’orbita terrestre è stato uno step tecnologico fondamentale ed è in continuo sviluppo da quando è stato applicato per la prima volta negli anni Ottanta. Soprattutto in un periodo storico come il nostro, in cui questi fenomeni si presentano con grande frequenza, è essenziale poter contare su questo tipo di tecnologia.
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