EarthCARE parte per lo studio di nuvole e aerosol

L’Agenzia Spaziale Europea ha lanciato il satellite EarthCARE , il quale avrà il compito di rivoluzionare la nostra comprensione di come le nuvole e gli aerosol influenzano il nostro clima.

Questo straordinario satellite ha iniziato il suo viaggio nello spazio lo scorso 29 maggio alle 00:20 italiane, decollando a bordo di un razzo Falcon 9 della SpaceX, dallo Space Launch Complex 4E della Vandenberg Space Force Base in California, USA. Dieci minuti più tardi, il satellite si è separato dal razzo, mentre alle 01:14 la stazione radio di Hartebeesthoek, in Sud Africa, ha ricevuto il fondamentale segnale che ha confermato che EarthCARE era al sicuro in orbita attorno alla Terra.

Con la crisi climatica che stringe sempre più la sua presa, l’Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer – o EarthCARE in breve – restituirà presto informazioni cruciali per gettare una nuova luce sulle complesse interazioni fra nuvole, aerosol e radiazioni all’interno dell’atmosfera terrestre. EarthCARE è il frutto della joint venture fra l’ESA e la Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA.

Il direttore dei Programmi per l’Osservazione della Terra dell’ESA, Simonetta Cheli, ha dichiarato: «EarthCARE è la più complessa delle missioni di ricerca dell’ESA fino ad oggi. Il suo sviluppo e ora il suo lancio, è dovuto alla stretta collaborazione con i nostri partner della JAXA, i quali hanno contribuito allo strumento radar del satellite per la profilazione delle nuvole, e a tutti i team dell’industria spaziale coinvolti. Questa missione – ha continuato – giunge in un momento critico, in cui il progresso delle nostre conoscenze scientifiche è più importante che mai per comprendere e agire nell’ambito delle problematiche legate ai cambiamenti climatici. Non vediamo l’ora di ricevere i primi dati».

Il manager per la JAXA del progetto del radar per la profilazione delle nuvole, Eiichi Tomita ha aggiunto:«Aumentare l’accuratezza dei modelli per il clima globale usando i dati forniti da EarthCARE ci permetterà di prevedere meglio il clima del futuro, attuando quindi le opportune contromisure di mitigazione. La JAXA ha fornito il radar per la profilazione delle nuvole, che di fatto, è il primo radar al mondo in grado di misurare la velocità dei flussi ascendenti e discendenti all’interno delle nuvole stesse. Ci aspettiamo che questi dati ottenuti siano straordinari».

Le nuvole

La maggior parte di noi probabilmente percepisce le nuvole come semplici batuffoli di lanugine nel cielo, o come elementi forieri di pioggia ma, dietro la loro apparente semplicità, si nascondono dei fenomeni scientifici estremamente complicati e relativamente poco compresi.

Benché sia noto che le nuvole giochino un ruolo estremamente importante nel raffreddamento e nel riscaldamento atmosferico, esse rimangono una delle maggiori fonti di incertezze nella nostra comprensione di come l’atmosfera guida il sistema climatico e, soprattutto, di come esse influenzano il clima.

È noto che le nuvole riflettono nello spazio l’energia solare in arrivo, ma esse intrappolano anche l’energia infrarossa in uscita, portando a seconda dei casi a un netto effetto di riscaldamento o raffreddamento. Tuttavia, la misura in cui le nuvole riscaldano o raffreddano la Terra dipende da vari fattori, fra cui la loro forma, posizione, altitudine, il contenuto di acqua e la dimensione delle particelle in esse sospese.

Gli aerosol

Gli aerosol sono delle piccole particelle di polvere o inquinanti sospese nell’atmosfera terrestre. Anch’essi giocano un ruolo significativo nel sistema climatico del nostro pianeta, sia in maniera diretta, riflettendo e assorbendo la radiazione solare in arrivo e intrappolando la radiazione in uscita, sia in maniera indiretta, perché agiscono come nuclei per la formazione delle nuvole, che è poi il modo in cui influenzano maggiormente il nostro clima. Le attività umane, che includono i processi industriali, i trasporti e l’agricoltura, stanno alterando in maniera significativa le concentrazioni degli aerosol nell’atmosfera, influenzando quindi i modelli climatici regionali.

Benché sia noto che le nuvole e gli aerosol attualmente esercitino un effetto di raffreddamento complessivo, i cambiamenti e i cicli di feedback determinati dalla crisi climatica potrebbero ridurre il loro potenziale di raffreddamento esacerbando ulteriormente il cambiamento climatico.

Lo straordinario satellite EarthCARE trasporta una serie di quattro strumenti all’avanguardia, che nel complesso lo rendono in grado di eseguire un range di differenti misurazioni che assieme forniscono informazioni uniche sulle complesse interazioni fra nuvole, aerosol e radiazioni.

I quattro strumenti scientifici di EarthCARE

Atmospheric LIDAR

L’Atmospheric LIDAR (Light Detection and Ranging) è stato progettato per misurare il profilo verticale degli aerosol e delle nuvole nell’atmosfera terrestre, lungo il percorso orbitale di EarthCARE. Emettendo impulsi luminosi e analizzando i segnali riflessi, questo LIDAR unico nel suo genere può fornire precisamente la distribuzione e le proprietà di aerosol e nuvole, inclusi la loro altitudine, lo spessore, le relative dettagliate proprietà ottiche e la tipologia di aerosol. Queste informazioni sono cruciali per il miglioramento dei modelli climatici e per la comprensione del ruolo degli aerosol e delle nuvole nel bilancio energetico della Terra.

Cloud Profiling Radar

Fornito come già detto dall’agenzia spaziale giapponese JAXA, il radar per la profilazione delle nuvole è uno strumento di importanza fondamentale che permette ad EarthCARE di osservare la struttura interna delle nuvole. Operando nella gamma delle lunghezze d’onda millimetriche, il Cloud Profiling Radar penetrerà attraverso le nuvole e i fenomeni di precipitazione leggera, fornendo informazioni sulla loro struttura verticale, sulle loro velocità, sulle dimensioni e sulla distribuzione delle particelle e sul contenuto di acqua. Questo radar è essenziale per lo studio dei processi che governano le nuvole, come la loro formazione e dissipazione, e fornirà importanti dati per migliorare i modelli meteorologici e climatici.

Multispectral Imager

Mentre il LIDAR e il radar forniranno profili dell’atmosfera in una cortina piuttosto sottile direttamente al di sotto del satellite, il Multispectral Imager offrirà un campo visivo molto più ampio per dare contesto alle misurazioni del profilo. Questa fotocamera multispettrale catturerà immagini ad alta risoluzione in bande spettrali multiple nella luce visibile e infrarossa. Questo permetterà agli scienziati di poter distinguere le varie tipologie di nuvole, gli aerosol e la superficie terrestre.

La fotocamera garantirà informazioni addizionali sulle proprietà ottiche delle nuvole e degli aerosol e sarà di aiuto per la caratterizzazione della loro composizione e distribuzione. Inoltre, essa permetterà la generazione di un campo tridimensionale di nuvole e aerosol utilizzando i dati dell’Atmospheric LIDAR e del Cloud Profiling Radar. Questi dati sono cruciali per la comprensione dell’impatto radiativo delle nuvole e degli aerosol sul sistema climatico del nostro pianeta.

Broadband Radiometer

Il Broadband Radiometer giocherà un ruolo fondamentale per la misurazione dei flussi radiativi sulla sommità dell’atmosfera terrestre. Mentre il satellite percorrerà la sua orbita, il radiometro osserverà l’atmosfera da tre direzioni in modo tale da quantificare l’ammontare della radiazione solare riflessa e della radiazione termica emessa dalla Terra. Quest’ultimo dato è noto come il bilancio energetico planetario. Comparandolo con la radiazione calcolata dalle osservazioni combinate degli altri tre strumenti, sarà possibile per gli scienziati migliorare la conoscenza dell’interazione aerosol-nuvole-radiazioni.

Il funzionamento della strumentazione di EarthCARE

La missione

La particolarità della missione di questo satellite, risiede nel fatto che tutti e quattro i suoi strumenti lavoreranno assieme per fornire una visione olistica della complessa interazione fra nuvole, aerosol e radiazioni, fornendo nuove informazioni sul bilancio radiativo terrestre, sullo sfondo della crisi climatica globale.

Il segmento terrestre di EarthCARE consiste nelle operazioni di volo, di acquisizione dei dati, di archiviazione e di diffusione di questi ultimi, e dal segmento di Terra della JAXA il quale ha il compito di elaborare i dati del Cloud Profiling Radar.

Il segmento per le operazioni del volo dell’ESA (Flight Operations Segment) avrà il compito del controllo del satellite, delle operazioni legate al volo e della manutenzione del software di volo. La struttura che svolgerà questo compito è l’European Space Operations Centre (ESOC) dell’ESA, di Darmstadt, in Germania, che opera in banda-S tramite le stazioni di Kiruna in Svezia e di Svalbard in Norvegia. Il centro responsabile per l’acquisizione, elaborazione e diffusione dei dati (in banda-X) è il Payload Data Ground Segment situato presso il Centre for Earth Observation (ESRIN) di Frascati, Roma. Esso gestisce inoltre lo scambio dei dati con il segmento di Terra della JAXA curandone la diffusione.

Nelle prossime settimane si svolgerà la delicata fase della messa in servizio del veicolo spaziale, quando i controllori testeranno e calibreranno i suoi sistemi e suoi strumenti. EarthCARE è stato progettato e costruito da un consorzio di 75 compagnie, guidate da Airbus Defence and Space di Friedrichshafen, Germania, come principale appaltatore.

EarthCARE aveva una massa al lancio di 2.350 kg, è largo 2,5 m e lungo 19 m e opera su di un’orbita polare eliosincrona a una quota di 393 km con un’inclinazione di 97,1° un periodo di 92,5 minuti e ha un tempo minimo di operatività di 3 anni.

Fonti: ESA; Press kit; il sito Earth Online di ESA