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SATÉLITE ENVISAT Un satélite de observación medioambiental
15 DE MAYO DE 2014
MIGUEL SANTOS PÉREZ Satélites y GNSS. Sección Departamental Astronomía y Geodesia. UCM.
1
2
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN 3
2. EL SATÉLITE
1) Lanzamiento 3
2) Características 4
3) Ventajas 5
4) Desventajas 6
5) El fin del ENVISAT 6
3. OBSERVACIONES Y APLICACIONES
1) Objetivos globales 7
2) Objetivos locales 7
4. FENÓMENOS ESTUDIADOS 8
5. INSTRUMENTOS
1) ASAR 9
2) MERIS 10
3) AATSR 11
4) SCIAMACHY 12
5) MIPAS 14
6) GOMOS 15
7) RA-2 16
8) MWR 17
9) LRR 17
10) DORIS 17
6. IMÁGENES OBTENIDAS Y COMENTARIO 18
APÉNDICE-LA INTERFEROMETRÍA SAR 22
BIBLIOGRAFÍA 23
3
1.- INTRODUCCIÓN
Los impactos de las actividades humanas sobre el medioambiente es uno
de los mayores desafíos a los que se enfrenta la raza humana en el comienzo del
tercer milenio. Las consecuencias ecológicas de las acciones humanas es una de
las principales preocupaciones, que afecta a todas las partes del globo terráqueo.
El efecto invernadero, la lluvia ácida, el agujero en la capa de ozono, la
destrucción sistemática de los bosques están desencadenando debates
apasionados a nivel científico y político.
Esta nueva conciencia científica y política nos lleva a la necesidad de
analizar y comprender los océanos, la atmósfera, las superficies polares y
terrestres, así como sus iteraciones.
La posibilidad de poder hacer observaciones globales por satélite de la
Tierra ha fomentado el desarrollo de una serie de técnicas de teledetección desde
el espacio.
Con sus dos primeros satélites ERS, la ESA ha jugado un papel clave en el
desarrollo de estas técnicas proporcionando una amplia gama de resultados para
los estudios y operaciones científicas.
En 1988, se presentó a los estados miembros ESA una “estrategia para la
observación de la Tierra”. Esta propuesta contempla una serie de medidas
complementarias de órbita polar y satélites geoestacionarios para estudiar el
medio ambiente terrestre y sus recursos y para continuar y mejorar la
observaciones meteorológicas. Sobre este escenario, en la reunión celebrada en
Múnich en Noviembre de 1991 y en Granada en 1992, se establece un programa
integrado en dos misiones: la misión ENVISAT-1 y la MetOp-1.
Mientras el MeTop-1 es principalmente un satélite meteorológico, el
ENVISAT-1 está dedicado a la observación terrestre y medioambiental.
2.- EL SATÉLITE
2.1 LANZAMIENTO
El 1 de marzo de 2002 (28 de febrero hora local) un lanzador Ariane 5
despegó de la base espacial de Kourou en la Guyana francesa para situar el
ENVISAT en una órbita terrestre de 790 kilómetros de altitud. Es un coloso de
8,2 toneladas y; para esta misión (que batió todos los récords de peso lanzado
al espacio), el Arianne-5 fue equipado por primera vez con una cápsula en su
extremo de 17 metros que envolvía y protegía el satélite.
4
2.2 CARACTERÍSTICAS
El satélite ENVISAT se encuentra en una órbita helio-síncrona1 a unos
setecientos noventa kilómetros de altitud y daba una vuelta a la Tierra cada cien
minutos aproximadamente (su periodo orbital), repitiendo el ciclo cada treinta y
cinco días. Sin embargo, para la mayoría de los instrumentos ofrece una
cobertura global cada dos o tres días, siendo más frecuentes las observaciones
en las regiones situadas en latitudes altas. Sobrevuela los polos a una altitud de
ochocientos kilómetros en una órbita inclinada 98º sobre el ecuador (por lo tanto
es casi polar2), pudiendo analizar siempre cada zona a la misma hora solar. La
excentricidad de dicha órbita es de 0.001165.
El satélite ENVISAT tiene una carga útil ambiciosa e innovadora que
garantizó la continuidad de las mediciones de datos de los satélites de la ESA,
como el ERS. Ha costado unos 2.300 millones de euros y diez años de diseño,
desarrollo y construcción.
Desde su despliegue en órbita, el ENVISAT ha enviado datos sobre
tendencias en el agotamiento del ozono, contaminantes del aire y gases de efecto
invernadero, el comportamiento de los paquetes de hielo polar, las variaciones
de temperatura de la superficie marina, los cambios en la cobertura terrestre y
muchos otros aspectos. En principio, se programó para durar cinco años pero la
misión fue ampliada dos veces.
Astrium3 fue elegida por la ESA como contratista
principal, dirigiendo un consorcio de cincuenta empresas
y asumiendo la responsabilidad global del desarrollo de
la misión y el sistema en general. Astrium también
asumió el control directo sobre el desarrollo y fabricación
del satélite y cinco de sus instrumentos mientras que el
resto de los componentes del sistema se subcontrataron.
Tras desplegar sus antenas solares, ENVISAT
alcanza unas dimensiones de 25 metros de largo, diez
de ancho y siete de alto.
1 Órbita helio-síncrona: se trata de una órbita baja (entre 600 y 800 Km) en la cual el plano está sincronizado con el sol, es decir, que la dirección del sol hace siempre un ángulo constante con el plano orbital. Así, la zona sobrevolada por el satélite es siempre observada a la misma hora del día. 2 Órbita polar: cuando el satélite pasa sobre los polos norte y sur, con una órbita perpendicular al plano ecuatorial. Poseen trayectorias a baja altura, su ángulo de inclinación es de casi 90°. Con un solo satélite de órbita polar, se puede cubrir el 100% de la tierra. 3 Astrium: división espacial de EADS, es un fabricante espacial europeo involucrado en el desarrollo y fabricación de equipos y vehículos espaciales, lanzaderas para poner estos en órbita y servicios de comunicación protegida y navegación basados en satélite.
Ilustración 1: Construcción del ENVISAT (ESA)
5
Para el envío de los datos a Tierra se utilizan estaciones terrestres
habituales, pero la gran novedad se introduce en el satélite de comunicaciones
ARTEMIS (Data Relay Satellite), lanzado a mediados de 2001, que actúa de apoyo
para recibir los datos de ENVISAT cuando esté fuera de la cobertura de las
estaciones terrestres y reenviarlos a éstas.
Para controlar la misión, la operatividad del satélite y el abastecimiento de
servicios al usuario, ENVISAT cuenta con centros ubicados en diferentes países.
El Segmento de Control de la órbita del satélite (FOS –Flight Operation Segment)
está coordinado por el FOCC (Flight Operation Control Centre), localizado en
Darmstadt (Alemania), y las Estaciones de Control y Seguimiento de Kiruna y
Svalbard.
El Segmento de gestión de datos
(PDS – Payload Data Segment) está
coordinado por el PDCC (Payload
Data Control Centre), localizado en
ESRIN. Su cometido es la gestión de
la programación de adquisiciones,
proceso y archivo de datos, así
como el soporte a los usuarios. El
PDS consta de cuatro estaciones
que reciben los datos directamente
del satélite o a través de ARTEMIS y que pueden procesarlos en tiempo real. Así
mismo, ENVISAT cuenta con Centros de Proceso y Archivo (PAC´s - Processing
and Archiving Centres), distribuidos por Europa y entre los cuales se encuentra
el E-PAC (Centro Español de Proceso y Archivo).
Este último está englobado dentro del programa CREPAD (centro de
REcepción, Proceso, Archivo y Distribución de imágenes de Observación de la
Tierra) y en él se procesan, archivan y distribuyen datos del sensor MERIS.
2.3 VENTAJAS
En general se puede decir que la gran ventaja del ENVISAT fue que era
un satélite multifuncional, podía aportar información tanto de sucesos globales
como locales, por ejemplo podía aportar datos importantes tras un terremoto o
algún otro evento natural.
El ENVISAT también era capaz de medir con precisión la humedad en la
atmósfera terrestre y la temperatura de la superficie marítima; el satélite
funcionaba incluso bajo condiciones atmosféricas adversas, como los cielos
nubosos. Además, trabajaba independientemente de la luz solar.
Ilustración 2: ENVISAT en órbita trabajando
6
Eran pues los sofisticados instrumentos que poseía el satélite que le
permitieron durante 10 años aportar información valiosa sobre el medio
ambiente.
2.4 DESVENTAJAS
El ENVISAT a nivel operativo, desempeñaba sus funciones con total
normalidad, pues como se aclaró, sus sofisticados instrumentos permiten el
desarrollo total de sus objetivos en órbita. Las únicas desventajas que se han
observado han sido a la hora del despegue y en cuanto a su esperanza de vida
El diseño del satélite fue especialmente complejo. Tenía que poseer la
robustez necesaria para mantener en su sitio unos instrumentos de sensibilidad
extrema y al tiempo ser lo suficientemente ligero como para poder lanzarlo
(recordemos que pesaba 8,2 toneladas). Para ello se contó con el sistema
lanzador operativo Ariane 5 capaz de transportar un satélite tan voluminoso y
pesado. Para Ariane 5 la misión supuso un nuevo récord en transporte de carga
(tanto por masa como por altura). Por lo cual la desventaja del peso pudo
superarse con los ingeniosos diseños.
Por otro lado, una desventaja que abarca dudas sobre sus últimas
informaciones antes de desaparecer, es el hecho de que el ENVISAT solo tenía
una expectativa de vida de 5 años, tras los que duró cinco años más. Estos
últimos años la información se vuelve dudosa debido al deterioro normal que
pudo haber experimentado. Así, su capacidad para satisfacer los requisitos de
seguimiento a medio y largo plazo es incierta.
2.5 EL FIN DEL ENVISAT
El satélite ENVISAT durante diez años recogió valiosos datos sobre el
medio ambiente. Precisamente en Marzo del 2012 la ESA perdió el contacto de
manera inesperada con el gran satélite de observación. Todos los intentos de los
ingenieros por contactar con el satélite resultaron fallidos, por lo que la ESA tuvo
que dar por concluida la misión del ENVISAT.
Si bien los satélites se envían siempre con una determinada esperanza de
vida, el satélite se mantuvo en órbita mucho más tiempo de que los
investigadores habían pensado cuando fue lanzado el dispositivo en el 2002, se
daba por sentado que solo duraría unos 5 años.
El hasta ahora el más grande satélite enviado por la agencia espacial
europea, se ha convertido ahora en chatarra espacial, y se estima que
permanecerá girando sobre el eje de la tierra. Sin embargo la agencia espacial
europea se encuentra trabajando en una misión para poder capturar el ENVISAT
7
y otros satélites fuera de funcionamiento, pero ese proyecto aún es para largo
plazo
3.- OBSERVACIONES Y APLICACIONES
El objetivo principal del ENVISAT es dotar a Europa de una mayor
capacidad para la teledetección4 (o detección remota) con el fin de aumentar
(aún más) la capacidad de los estados participantes para de realizar un correcto
estudio y seguimiento de la Tierra y de su medio ambiente.
3.1 OBJETIVOS GLOBALES
Sus objetivos principales a nivel global son:
1. Garantizar la continuidad de observaciones comenzadas por los
satélites ERS, incluyendo las obtenidas a través del radar.
2. Mejorar la misión de los ERS en el hielo y en el océano.
3. Extender el rango de parámetros observados para satisfacer la
necesidad de aumentar el conocimiento de los factores que
determinan el medio ambiente.
4. Hacer una contribución significativa a los estudios ambientales en
particular en el área de la química atmosférica y de los océanos
(incluyendo la biología marina).
5. Permitir un control y gestión más eficaz de los recursos de la Tierra.
6. Mejorar la comprensión de los procesos de la Tierra.
3.2 OBJETIVOS LOCALES
La comunidad de usuarios y la comunidad científica necesita conjuntos de
datos coherentes y continuos para la aplicación de una serie de objetivos tales
como:
1. El estudio del hielo marino.
2. Detección del hielo y la nieve y mapeo de las zonas.
3. Monitorización del tráfico de barcos.
4. Monitorización agrícola y forestal.
5. Monitorización de la humedad del suelo y los procesos de
vegetación a gran escala.
6. Caracterización geológicas y de los recursos minerales.
4 Teledetección: es la adquisición de información a pequeña o gran escala de un objeto o fenómeno
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7. Aplicaciones ligadas a la interferometría SAR (como la digitalización
de riesgos).
8. Investigación y aplicaciones hidrológicas.
9. Apoyo a la pesca en aguas costeras.
Algunos de los objetivos locales
requieren la producción de datos de forma
continua (a las pocas horas de la detección)
como la contaminación marina, el tráfico
marítimo o la vigilancia de riesgos.
Otras aplicaciones, como pueden ser la
agricultura o el estudio de la humedad del suelo
necesitan un sistema de respuesta rápida, unos
días después de la detección.
El resto estaría satisfecho de una forma
off-line, es decir, algunas semanas después.
4.- FENÓMENOS ESTUDIADOS
Las observaciones obtenidas del satélite ENVISAT son importantes porque
permiten estudiar una gran variedad de aspectos medioambientales:
- Atmósfera: Gases traza en la troposfera y la estratosfera, concentración
de gases de efecto invernadero, crecimiento de la capa de ozono, nubes y
aerosoles, rayos solares ultravioleta (UV), aplicaciones atmosféricas.
- Meteorología, clima y cambio climático: climatología, ciclo del carbón,
ciclo del agua, interacciones de mar/tierra/atmósfera
- Oceanografía: Geoide marino y geodinámica, circulación de los océanos
y nivel del mar, estado de la corriente del Niño en el pacífico, modelado del estado
de viento y olas/mar, color del océano y temperatura de la superficie marina
(SST), selección de ubicaciones para centrales eólicas en el mar, zonas costeras,
vertidos de petróleo/detección de buques, pesqueras
- Criosfera: Glaciología, hielo marino, equilibrio de la masa polar, velocidad
de derretimiento de las capas polares.
- Peligros: deslizamientos de tierra, hundimientos, terremotos, volcanes,
inundaciones, incendios, maremotos, tifones, huracanes.
Ilustración 3: Esquema de funcionamiento del ENVISAT en una franja terrestre
9
- Aplicaciones en tierra: cartografía, cubierta terrestre y uso del suelo,
agricultura, silvicultura, vegetación, estado de las selvas tropicales, urbanismo,
geología, modelos de elevación digitales (DEM), aguas interiores, humedad del
suelo, nieve, permafrost, arqueología, epidemiología
- Control del cumplimiento de los tratados medio ambientales.
5.- INSTRUMENTOS
ENVISAT constaba de diez instrumentos que proveían de continua
información a los científicos sobre la tierra firme, la atmósfera, los océanos y las
capas de hielo de nuestro planeta.
5.1 ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar)
ASAR emite microondas que rebotan en la superficie antes de regresar al
radar. Los ecos del radar ofrecen información detallada sobre la superficie, por
ejemplo sobre lo abrupto del terreno. Los científicos pueden usar estos datos
para localizar mareas negras en medio del océano.
Esta tecnología saltó a los titulares en abril de 2010 cuando explotó la
plataforma Deep Water Horizon en el Golfo de México, que provocó que el
petróleo saliera sin control desde el pozo roto hasta el fondo marino. ASAR fue
capaz de realizar un seguimiento del avance de la mancha de petróleo por la
superficie marina día y noche a través de las nubes y determinar en qué dirección
arrastraba la marea negra las corrientes. Esta información ayudó a las
autoridades a adoptar medidas para contrarrestarle y ofrecer un flujo de
información estable a las personas afectadas de las regiones costeras.
10
ASAR también ayuda con la recopilación de datos de los mares polares,
por ejemplo ofreciendo datos sobre paquetes de hielo polar y los icebergs que
flotan libres en las regiones polares. Esta información lleva a disposición de las
navieras varios años y ahora existe la opción de acceder a los datos en tiempo
real a través de una nueva página Web interactiva. El proyecto, que se denomina
Polar View, es un componente importante del programa GMES.
ASAR atrajo mucha atención en el verano de 2010 al presentar imágenes
que mostraban el desprendimiento de un iceberg gigante del Glaciar Petermann
en el noroeste de Groenlandia. ASAR realizó un seguimiento de su recorrido por
el océano durante un período de varias semanas. El iceberg era el más grande
del hemisferio norte en aquel momento: aproximadamente la mitad de la
superficie del Parque de Doñana. Los investigadores acaban de dar con un uso
adicional inesperado para los datos de ASAR.
Los bosques boreales de coníferas
cubren aproximadamente el 15% de la
superficie terrestre de la Tierra y constituyen
aproximadamente un tercio de los bosques
mundiales. Esto los hace un factor clave
para el clima en el ciclo del dióxido de
carbono mundial: sin embargo, los
científicos han tenido grandes dificultades a
la hora de realizar un mapa de su biomasa total con un mínimo de exactitud.
Como parte del proyecto BIOMASAR, científicos europeos desarrollaron un nuevo
método de evaluación de los datos ASAR para crear mapas más exactos.
Basándose en datos de 10 años de ASAR y la continuidad que se planifica de este
suministro de datos gracias al Sentinel 1, los científicos cuentan ahora con los
recursos necesarios para crear un inventario a gran escala de la biomasa forestal
boreal y llevar a cabo un seguimiento a largo plazo de los cambios en el sumidero
de dióxido de carbono que ofrece la biomasa forestal.
5.2 MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer):
El instrumento MERIS es un espectrómetro programable de resolución
espectral media que opera en el rango espectral correspondiente a la reflexión
de la luz solar en la superficie terrestre.
A través de comandos enviados desde la Tierra es posible seleccionar
quince bandas espectrales, cada una de ellas con un ancho y una localización
programables dentro del rango que va desde los 390 a 1040 nm. MERIS está
diseñado para adquirir datos sobre la Tierra sólo cuando las condiciones de
Ilustración 4: Imagen que muestra lo abrupto del terreno obtenida con ASAR
11
iluminación son las adecuadas. Los 68,5º de ángulo barrido del instrumento
alrededor del nadir permiten cubrir una franja de 1150 km con una resolución
espacial de 300 m en el nadir (intersección entre la vertical del observador y la
esfera celeste).
La principal misión de MERIS es la medida del color del mar, tanto en los
océanos como en las zonas costeras. El conocimiento del color del mar nos
permite saber la concentración del pigmento de clorofila, concentración de
sedimentos suspendidos y cargas de aerosol sobre el medio marino.
MERIS es capaz también de medir la altura de las nubes, columna total
del vapor de agua así como la carga de aerosol sobre el suelo. Estas medidas
constituyen la misión secundaria del MERIS.
Productos MERIS: a través de los datos obtenidos por MERIS se pueden
procesar productos oceánicos, atmosféricos y terrestres:
- Radiación/reflexión emergentes del agua.
- Índices de pigmentos de algas I y II.
- Materia en suspensión.
- Substancia amarilla.
- Radiación fotosintéticamente activa (PAR).
- Espesor óptico del aerosol.
- Factor épsilon del aerosol.
- Espesor óptico de las nubes.
- Albedo de las nubes.
- Tipo de nube.
- Reflexión de las nubes.
- Reflexión terrestre.
- Espesor óptico del aerosol sobre tierra.
- Factor épsilon del aerosol sobre tierra.
- Factor global de vegetación MERIS.
5.3 AATSR (Advanced Along Track Scanning Radiometer):
El radiómetro AATSR mide la radiación emitida por la superficie de la Tierra y
los océanos tanto en las regiones visibles como de infrarrojos, lo cual le permite
determinar de forma exacta temperaturas de hasta 0,3 ºC.
La Agencia Espacial Europea, ha ido proporcionando información sobre la
temperatura marina casi en tiempo real durante un período de varios años: un
parámetro clave para la investigación del clima cuando se recopila a lo largo de
varios años.
12
ENVISAT también beneficia a la industria pesquera al ofrecer datos recogidos
a través del MERIS, que muestra la distribución del fitoplancton. Cada año arden
en el mundo más de 50 millones de hectáreas de bosque, un área igual a la
superficie de España. Estos incendios tienen un impacto significativo en aspectos
como la temperatura y usos de la tierra. El AATSR detecta incendios al medir la
radiación de infrarrojos que emiten. Esta información se recoge en el Atlas de
Incendios Mundial, que presenta mapas de todos los incendios que superen un
cierto tamaño mínimo en casi tiempo real. Estos datos los usan de los ecologistas
del paisaje, así como los investigadores del clima y meteorólogos. Resulta
también muy útil para los servicios de bomberos, un beneficio que salió a la luz
de forma prominente durante los devastadores incendios que ocurrieron
alrededor de Moscú en 2010.
Ilustración 5: Atlas de incendios mundial
5.4 SCIAMACHY:
El espectrómetro SCIAMACHY nos ha ofrecido una perspectiva extraordinaria
sobre la física y química de la atmósfera terrestre. SCIAMACHY registra la
radiación solar transmitida, retro-dispersada y reflejada de la atmósfera y la
descompone en sus componentes espectrales. Estos resultados se filtran para
encontrar “huellas” de absorción espectral de gases traza en el aire. Esto permite
a los investigadores llegar a conclusiones exactas sobre las concentraciones de
contaminantes del aire, presentes entre la superficie de la Tierra y una altitud de
90 kilómetros.
A la cabeza de prioridades de recogida de datos de SCIAMACHY está el gas
de efecto invernadero dióxido de carbono (CO2), dado que los investigadores del
clima tienen un interés especial en comprender el comportamiento del CO2 en el
ciclo de carbono mundial. En la actualidad, alrededor de la mitad de las emisiones
13
de CO2 permanecen en la atmósfera, mientras que la otra mitad es absorbida
por los océanos y la biosfera. Las zonas amplias de bosque, como las de Siberia,
absorben cantidades significativas de CO2, y parece lógico que su ciclo de
crecimiento tenga una influencia fundamental en la cantidad de CO2 presente en
la atmósfera. Las mediciones que realiza el SCIAMACHY en el hemisferio norte
han confirmado este efecto. En los meses veraniegos de julio y agosto, los
bosques boreales “inspiran” CO2 en mayor cantidad y por lo tanto lo retiran de
la troposfera. Estos datos son de valor incalculable para los investigadores del
clima.
El metano (CH4) es el tercer gas de efecto invernadero en importancia tras el
vapor de agua y el dióxido de carbono. Sus emisiones antropogénicas -
principalmente las derivadas del cultivo de arroz y de la cría de ganado- son
altamente variables y el metano también se libera a la atmósfera por procesos
naturales, por ejemplo por parte de los humedales y del permafrost al
descongelarse. Un entendimiento cuantitativo de las fuentes y sumideros de
metano resulta de una urgencia particular si consideramos el telón de fondo del
mercado de gases de efecto invernadero promovido por el Protocolo de Kyoto.
Por primera vez, el SCIAMACHY ha permitido a la comunidad científica realizar
un modelo de distribución mundial del CH4. Las mediciones revelan un aumento
de las concentraciones de metano en partes de América del Norte, del Sur, África
central, la India (sobre todo en la llanura del Ganges) e Indochina. En la India e
Indochina los modelos atmosféricos se corresponden de manera muy exacta con
los datos recogidos por el SCIAMACHY. Por el contrario, se detectaron amplias
desviaciones inesperadas en partes de América del Norte y del Sur, África Central
e Indonesia. Estas regiones contienen humedales y una actividad biológica
intensa de la vegetación de las selvas vírgenes tropicales. Los científicos habían
trabajado anteriormente con el supuesto de que las selvas vírgenes tendrían la
capacidad de reducir la proporción de gases de efecto invernadero basándonos
en el hecho de que absorben dióxido de carbono. Pero estos nuevos datos les
permiten identificar un proceso biológico desconocido anteriormente por el cual
las plantas de las selvas vírgenes producen metano, que provocaría esa medición
elevada de concentración de metano.
A principios de 2011, los científicos que trabajan en el
proyecto SeaKLIM investigaron el impacto de las emisiones de contaminantes
procedentes de la navegación. Sus resultados muestran que el tráfico marítimo
internacional libera aproximadamente la misma cantidad de dióxido de carbono
a la atmósfera que el tráfico aéreo: y que también emite 10 veces la misma
cantidad de óxidos de nitrógeno y 100 veces la de dióxido sulfúrico. Estos
resultados se basaron en datos ofrecidos por SCIAMACHY.
14
Los datos de SCIAMACHY también tienen usos prácticos para la vida diaria,
un ejemplo es el servicio de comprobación de rayos UVA que ofrece las últimas
actualizaciones sobre el riesgo de quemaduras solares. Al permitir a la gente
comprobar el estado de rayos UVA en el momento a través de su teléfono móvil
o Internet, este servicio ayuda a evitar los peligros de una exposición excesiva al
sol. La previsión se basa en una serie de diferentes mediciones, que incluyen
datos de SCIAMACHY sobre concentraciones de ozono local.
5.5 MIPAS (Michelson Interforometer for Passive Atmospheric Sounding):
El espectrómetro MIPAS ahonda más en el espectro infrarrojo para ampliar
los resultados obtenidos por el SCIAMACHY.
El MIPAS es capaz de detectar las concentraciones de gases traza adicionales
-más de 20- a altitudes de entre cinco y 150 kilómetros.
Una de sus características principales es su capacidad para registrar los
perfiles de temperatura atmosférica tanto de día como de noche. ENVISAT atrajo
mucha atención a principios de abril de 2011 cuando envió datos que mostraban
el mayor agotamiento de ozono registrado en el Ártico. Esto lo provocó un vórtice
inusualmente estable de aire que experimentó una caída drástica de temperatura.
Los investigadores pudieron usar ENVISAT para estudiar este fenómeno al
detalle: MIPAS ofreció las lecturas de temperatura, GOMOS midió las
concentraciones de ozono y SCIAMACHY registró las concentraciones de los
compuestos de cloro que agotan el ozono. De hecho, la investigación del ozono
es un campo en el cual el satélite ENVISAT sobresale gracias a la capacidad de
combinar lecturas de sus múltiples y variados instrumentos. Además, los
investigadores utilizaron datos ofrecidos por MIPAS para demostrar que el
agotamiento de ozono principal que se daba a altitudes de hasta 70 kilómetros
puede verse impulsado por potentes erupciones solares. Cuando los protones
(núcleos de hidrógeno) impulsados por las erupciones solares entran en la
atmósfera de la Tierra, pueden provocar la producción de óxidos de hidrógeno
(HOx) y óxidos de nitrógeno (NOx). Estos desencadenan reacciones químicas que
atacan el ozono y lo agota hasta un 70%.
Los datos de MIPAS también mostraron, sin embargo, que la atmósfera sólo
necesita unos días o semanas para recuperarse completamente de este tipo de
eventos. Los datos de MIPAS son igualmente útiles en muchas otras áreas de la
investigación atmosférica. Por ejemplo, las mediciones de ácido fórmico, que
puede provocar lluvia ácida, han revelado concentraciones elevadas en el
hemisferio sur. Estos datos se pueden utilizar para localizar la fuente y ayudar a
integrar esta sustancia en los modelos del clima.
15
Los científicos también pueden usar el MIPAS para hacer un seguimiento
férreo de la influencia de los monzones en la distribución del vapor de agua y el
ozono en toda la atmósfera y también pueden localizar y entender de qué manera
las actividades humanas pueden provocar la liberación de contaminantes del aire
como el cianuro de hidrógeno y etano a la atmósfera.
5.6 GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars):
A pesar de que su denominación se centra en su faceta de instrumento de un
satélite de observación de la Tierra para investigaciones sobre nuestro planeta,
GOMOS se dedica ante todo a observar las estrellas. Lo que a primera vista
parece una contradicción es precisamente el método de “ocultación estelar” que
–por vez primera en la historia– GOMOS utiliza para vigilar e investigar la capa
de ozono que cubre el mundo. Dado que además de su propiedad de actuar como
escudo protector ante los dañinos rayos ultravioleta del Sol el ozono también
influye en la estructura de la temperatura de la atmósfera, es necesario hacer
mediciones cuidadosas (y efectuadas a lo largo de un extenso período) de la
distribución de este gas por todo el globo.
Con ayuda de GOMOS, la aportación al satélite ENVISAT construida y
desarrollada en Francia, pueden medirse e identificarse incluso cambios
aparentemente insignificantes en la concentración de ozono y otros gases de la
atmósfera. Tales datos aportan indicios de importancia de cara a nuestra
comprensión de sus procesos químicos. Para la medición y observación de los
valores de ozono GOMOS emplea el método de “ocultación estelar”. En éste se
orienta el instrumento a
una estrella elegida
previamente y se mantiene
enfocado hacia ella hasta
que desaparece en el
horizonte de la atmósfera
terrestre. Durante este
proceso se registra
ininterrumpidamente la
radiación de la estrella en
los entornos ultravioleta,
visible e infrarrojo
cercanos. Cuanto más se
desvanece la estrella en la atmósfera es que más se ve absorbida su radiación
por los gases presentes en
ésta. Gracias al espectro de
absorción registrado con
Ilustración 6: Imagen que muestra el reparto de los gases obtenida gracias al GOMOS
16
este método se pueden deducir las concentraciones de los gases de la atmósfera.
Al analizar unas 400 ocultaciones estelares diarias, los resultados de GOMOS
hallan importantes posibilidades de aplicación en las áreas de investigación del
ozono y de la atmósfera. Los datos de medición facilitados por GOMOS se utilizan,
por ejemplo, para elaborar modelos sobre la distribución del ozono a largo plazo
y de esta forma aportar respuestas a la pregunta de cómo se desarrollará nuestra
atmósfera en los años y decenios venideros.
Por ejemplo, en el año 2004 y en el 2011 GOMOS observó un gran aumento
de la concentración de dióxido de nitrógeno a una altitud de 65 kilómetros. Vigilar
la concentración de óxido de nitrógeno tiene una particular importancia porque
este gas puede descomponer el ozono. A lo largo de los dos meses siguientes,
GOMOS observó cómo aquella capa descendía a los 45 kilómetros de altitud y
efectivamente destruía el ozono, con lo que obtuvimos una pieza más del
rompecabezas que presenta este gas.
5.7 RA-2 (Radar Altimeter):
El RA-2 es un altímetro desarrollado bajo la dirección de Alenia Spazio para
obtener datos sobre la topografía de los océanos, mejorar el geoide marino y
realizar un seguimiento de los bloques de hielo. Lleva acabo de forma paralela
mediciones de la velocidad del viento y la altura de las olas, además de trabajar
en el suelo (estudios geológicos, topográficos y parámetros hidrológicos).
El Ra-2 funciona en dos bandas (Ku con frecuencia de 13.575 GHz y C con
frecuencia de 3.2 GHz). Trasmite pulsos de frecuencia de radio que se propagan
aproximadamente a la velocidad de la luz. El tiempo entre la transmisión de un
pulso y la recepción de su eco reflejado por la superficie terrestre es proporcional
a la altitud del satélite. La magnitud y la forma de los ecos contienen información
sobre las características de la superficie que causa la reflexión. En los océanos,
las mediciones se utilizan para determinar su topografía, apoyando así la
investigación sobre la circulación oceánica, del carácter del suelo oceánico y del
geoide marino.
La potencia de procesamiento y la forma del eco del eco del radar en el suelo
permite determinar la velocidad del viento y la altura de las olas en la zona
oceánica observada, apoyando también a las previsiones climatológicas o del
estado del mar.
Por lo tanto, las mediciones se llevan a cabo sobre el océano con una precisión
mejorada en la resolución más alta. Sobre la tierra, el hielo o entre las
transiciones de un tipo de superficie a otro se mantiene la detección, aceptando
a veces cierta pérdida de la calidad de la medición de la altura. Las mediciones
17
de alta precisión del océano, medidas por el RA-2 utilizando 13.575 GHz se ven
afectadas por las fluctuaciones características de la ionosfera. Las mediciones
tomadas con el segundo canal de 3.2 GHz, permiten que el error sea corregido.
5.8 MWR
El MWR es un radiómetro de microondas cuyo principal objetivo científico es
la medida de la humedad atmosférica. Es parte del sistema altimétrico del
ENVISAT, siendo sus datos empleados en la corrección de la señal del RA-2 en
su recorrido por la troposfera, ya que las medidas del radar altimétrico se ven
influidas por el vapor de agua y el agua líquida de la atmósfera. Además puede
ser utilizado para medir la emisividad del suelo (proporción de radiación térmica
emitida), temperatura de la superficie del océano, los parámetros hidrológicos y
la cartografía del hielo marino. Funciona en la frecuencia 23.8 GHz y 36.5 GHz.
5.9 LRR (Laser Retro Reflector):
Es un retrorreflector laser desarrollado por Alcatel Space Industries. Es un
sensor activo, que está diseñado para permitir el cálculo y la determinación de la
órbita del ENVISAT de forma precisa. Consiste en reflectores para láseres de alta
potencia que envían las bases terrestres y señales de satélite que permiten el
cálculo de distancias. Estos parámetros son realmente importantes para verificar
la estabilidad y el posicionamiento del satélite. También proporciona datos que
pueden utilizarse para el mapeo topográfico de la tierra, del océano y del hielo.
5.10 DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite):
Es un instrumento que determina con precisión la ubicación
exacta del satélite. El sistema de posicionamiento se encuentra
ligado a una densa red de transmisores terrestres. Además,
completa las observaciones meteorológicas como radar
meteorológico al medir los cambios topográficos temporales
superficiales del océano y del hielo. Para finalizar, los datos que
proporciona: ayudan a la compresión de la dinámica terrestre;
monitorizan glaciares, desprendimientos de tierra y volcanes y
mejoran el modelo del campo gravitatorio terrestre y de la
ionosfera.
El DORIS se basa en la medición precisa del
desplazamiento de las señales Doppler trasmitidas por las
Ilustración 7: Antena DORIS
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emisoras terrestres y recibidas a bordo del satélite. Las mediciones se realizan
en dos frecuencias: 2.03625 GHz (para las mediciones Doppler precisas) y 401.25
MHz para la corrección de los errores que se dan al atravesar la ionosfera. Esto
aumenta la precisión siendo la final de 0.05m para el radio de la órbita y 0.4
mm/s para su velocidad.
6.- EJEMPLOS DE IMÁGENES Y OBTENIDAS POR EL
ENVISAT E INTERPRETACIÓN
Mar del Norte: La imagen recogida por MERIS
funcionando en la modalidad de resolución
máxima, con lo que se obtuvo una resolución
espacial de 300 metros, captura varias estelas de
condensación de los aviones, así como parte de
los Países Bajos, Bélgica y Gran Bretaña. Las
estelas de condensación podrían llegar a tener
un impacto sobre el clima de la Tierra al atrapar
el calor de ésta, de forma similar a los gases de
efecto invernadero. Los diversos tonos de verde
visibles en el mar se deben a los sedimentos
transportados en el agua.
Delta del Ganges: Esta imagen fue creada
combinando tres capturas ASAR (entre enero y
marzo del 2009) tomadas en la misma zona.
Realza el Delta del Ganges, en el sur de Asia. La
planicie del delta —de unos 350 kilómetros de
anchura— a lo largo del Golfo de Bengala, está
formada por la confluencia tres ríos. Las
imágenes de radar representan la reflexión de las
ondas en la superficie en vez de la luz reflejada,
en una imagen radar estándar no hay colores.
Los colores en la imagen son resultado de
variaciones en la superficie que tuvieron lugar
entre las diversas tomas.
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Océano Ártico: Esta imagen ha sido compuesta con un mosaico de imágenes captadas sobre el Océano Ártico entre el 9 y el 11 de septiembre de 2011 por el ASAR. El área de hielo marino resaltada en azul se corresponde con las zonas en las que más del 80% de la superficie del mar está cubierta por hielo (según un análisis del US National Ice Center). Los radares a bordo de satélites pueden adquirir imágenes de alta resolución a través de las nubes y la oscuridad, lo que resulta especialmente útil dado el mal tiempo y la extensa oscuridad del Ártico.
Great Salt Lake, EE.UU: La imagen es una compilación de tres pasadas del radar RA-2 los días 6 de abril, 5 de junio y 5 de julio de 2011. A cada barrido del radar se le ha asignado un color (rojo, verde y azul). Los nuevos colores revelan cambios en la superficie ocurridos entre las pasadas de Envisat. Esta imagen compuesta proporcionada por el satélite muestra la ciudad de Salt Lake City y el cercano Great Salt Lake, en Utah. La línea que cruza el lago es el ferrocarril. También se puede divisar la calzada elevada, que sostiene la línea férrea, la cual divide el lago e impide que las aguas se mezclen de forma normal. La parte inferior izquierda de la imagen muestra Salt Lake City con las áreas pantanosas y marismas que la separan del agua.
El Himalaya: Esta imagen, obtenida por el espectrómetro Meris el 20 de febrero de 2009, en modalidad de resolución máxima, para dar una resolución espacial de 300 metros., captura la variada topografía, altitud y clima de Asia, mostrando la cordillera del Himalaya, salpicada de nieve, que marca la barrera natural entre los picos de la Meseta del Tíbet (arriba) en Asia Central y las llanuras de Nepal, Bután y la India en el subcontinente indio. En esta imagen en colores ficticios la vegetación vivaz o verde aparece en rojo fuerte.
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Sahara Occidental e Islas Canarias Esta imagen con una resolución de 300 metros, captada por el satélite, muestra el polvo del desierto empujado por el viento desde el Sahara Occidental a las Islas Canarias. La desertización es un problema a escala mundial que presenta serias consecuencias para más de 1.200 millones de personas en más de un centenar de países. ESA ha estado colaborando estrechamente con la UNCCD durante varios años para desarrollar servicios estandarizados de información basados en informaciones obtenidas mediante satélites, con objeto de evaluar y hacer un seguimiento de la desertización y sus tendencias a lo largo del tiempo. Las imágenes proporcionadas por los satélites pueden realzar el cambio en el uso de la tierra y revelar incrementos de la reflectividad, temperatura, sequedad y cantidad de polvo de la superficie.
Archipiélago de las Islas Canarias: La imagen en colores ficticios captada por MERIS resalta una singular formación nubosa, creada por vórtices de von Kármán, al sur del archipiélago de las Islas Canarias en el Océano Atlántico. Los vórtices o torbellinos de von Kármán, que deben su nombre al ingeniero aeronáutico Theodore von Kármán, se forman cuando el aire fluye en torno a un objeto que se encuentra en su camino, lo que provoca su separación y genera torbellinos en su estela. Los remolinos en el sentido de las agujas del reloj y a la inversa que aparecen en esta toma fueron causados a medida que el viento que soplaba del norte del Atlántico se veía perturbado por las islas.
El volcán Shinmoedake, Japón: esta imagen muestra humo saliendo del volcán que entró en erupción en enero de 2011 tras haber permanecido inactivo durante 52 años. La ceniza y humo expulsados llegaron a una altitud de 3.000 metros.
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Mar de Barents, costa de Noruega: La eflorescencia de fitoplancton que aparece en esta imagen de ENVISAT se extiende a través del Mar de Barents. El fitoplancton que flota disperso resalta los remolinos de las corrientes del océano en espectaculares tonos de azul y verde. Aunque la mayoría de los tipos de fitoplancton son microscópicos, la clorofila que utilizan colectivamente para la fotosíntesis tiñe de color las aguas del océano que lo circunda. Este mecanismo permite que estos diminutos organismos puedan ser detectados desde el espacio mediante sensores específicos de coloración del océano.
Cuenca de Tanezrouft, en el Sahara: La imagen, formada por la combinación de tres tomas de radar muestra espectaculares juegos de color que indican variaciones en la naturaleza de la superficie durante el lapso de observación. Arena y guijarros hasta donde alcanza la vista además de espectaculares formaciones rocosas. La cuenca de Tanezrouft es de una sequedad extrema. Por tal motivo en esta zona entre las fronteras de Argelia y Mali, no existe, de hecho, la vegetación. A excepción de las pequeñas ciudades del oasis, la cuenca con sus colinas, dunas y dunas gigantes, apenas está habitada. La erosión, en un principio causada por el agua, y en la actualidad por el implacable viento, define las formas del paisaje.
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APÉNDICE: LA INTERFEROMETRÍA CON RADAR DE
APERTURA SINTÉTICA (SAR)
La interferometría se puede conseguir con un único satélite o usando dos
que van uno detrás del otro en la misma órbita. La Interferometría con Radar de
Apertura Sintética (SAR) es una técnica que puede aplicarse en muchas áreas
diferentes. Implica utilizar un radar para registrar dos o más imágenes de
exactamente la misma área en diferentes puntos temporales. Al comparar las
imágenes, es posible detectar cualquier cambio que pueda haber ocurrido
durante ese período particular de tiempo.
Este método se ha utilizado en combinación con el satélite por radar
europeo ERS-2 para determinar las propiedades de flujo de los glaciares. En 2010
los científicos utilizaron la interferometría de radar de apertura sintética para
estudiar con éxito la barrera de hielo Larsen de la Antártida.
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BIBLIOGRAFÍA
Contenido web:
o Wikipedia. ENVISAT. (http://es.wikipedia.org/wiki/Envisat)
o Diario “El Mundo” . (http://www.elmundo.es/).
o Web “Astronoo”. (http://www.astronoo.com/index.html)
o Web “Waste”. (http://waste.ideal.es/envisat.htm)
o Web de la ESA. (https://earth.esa.int/)
o Web de Astrium (http://www.astrium.eads.net/)
o Web “Gunter’s space page”. (http://space.skyrocket.de/)
o Web “ea1uro”. (http://www.ea1uro.com/envisat.html)
o Web “InfoTerra”. (http://www.infoterra.es).
o Vídeos on-line.
o Otras páginas web.
Material escrito:
o Tesis Mariana Silva Becker, Universidad Federal de Santa
Catarina.
o Revistas de divulgación científica.
Otro material:
o Documental “La Tierra en el punto de mira”
(http://www.dw.de/la-tierra-en-el-punto-de-mira/a-
3010420)
