Airbus Defence and Space

SMOS, detectando los patrones del agua de nuestro planeta

El ciclo del agua de la Tierra es uno de los procesos más importantes de nuestro planeta, pues sostiene la vida y controla el clima, pero de su sistema fundamental se entiende relativamente poco. La misión SMOS de la ESA (Soil Moisture and Ocean Salinity, “Humedad del suelo y salinidad de los océanos”), que fue lanzada el 2 de noviembre de 2009 y que porta el innovador instrumento MIRAS de Airbus Defence and Space España, es una respuesta directa a la urgente necesidad de saber más acerca de cómo los cambios del clima pueden estar afectando los patrones del ciclo del agua de todo el globo.

Una de las mayores prioridades en la actualidad en lo que se refiere a temas de política medioambiental es comprender las consecuencias posibles de la modificación del ciclo del agua en la Tierra debido al cambio climático. La comprensión poco adecuada de los parámetros que impulsan y alteran el ciclo del agua es un factor clave de incertidumbre en la predicción climática y meteorológica y en las proyecciones de cambio climático. El vínculo entre vegetación, hidrología y cambio climático tiene consecuencias en cómo las sociedades eligen gestionar sus recursos ecológicos en un contexto de presión demográfica creciente. Mejorar esta comprensión es esencial para desarrollar opciones con que responder a las consecuencias de la variabilidad del ciclo del agua.

 

Integración del instrumento MIRAS en el centro de Barajas de Airbus Defence and Space España.(© Airbus Defence and Space)


Una revolución en el espacio para la investigación en la Tierra

En este momento, tras más de 10 años de investigación y desarrollo por parte de ingenieros y científicos de más de 20 compañías y universidades europeas —encabezadas por Airbus Defence and Space España— está en órbita una verdadera maravilla tecnológica que por vez primera, proporcionará a la comunidad científica mediciones globales y periódicas de dos variables determinantes en el ciclo del agua. El Radiómetro por Microondas de Apertura Sintética para obtención de Imágenes (MIRAS), que vuela a bordo del satélite SMOS, está ingeniosamente ideado para ser capaz, con un único instrumento y utilizando una técnica nunca antes empleada en el espacio, de medir tanto el grado de humedad del suelo como la salinidad del agua de mar. No es una asociación caprichosa entre dos áreas de estudio totalmente opuestas, pues la humedad del suelo y la salinidad de los océanos están ambas intrínsecamente ligadas al ciclo del agua de la Tierra. En la actualidad, los datos para ambos parámetros son muy limitados, con lecturas in situ relativamente escasas de la humedad del suelo y sólo una pequeña fracción de los océanos del mundo estudiada regularmente en sus niveles de salinidad.

 

La tierra húmeda y el agua salada en los procesos del agua del mundo

El suelo contiene sólo el 0,001 por ciento de la cantidad mundial de agua, pero esta humedad del suelo posee una importancia crítica para regular los intercambios de agua y energía entre la tierra y la baja atmósfera que tienen lugar en forma de procesos de evaporación e infiltración. Si a esto se le suman técnicas de modelización digital, se obtienen estimaciones del contenido del agua en el terreno hasta una profundidad de uno a dos metros, la “zona de las raíces”, el depósito del cual las plantas pueden extraer el agua. Ser capaces de estimar el contenido en humedad de esta capa es de capital importancia para mejorar a corto y medio plazo el pronóstico meteorológico, la modelización hidrológica, la monitorización de la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas y por tanto, el ciclo terrestre del carbono. Los datos de humedad del suelo son asimismo un factor de considerable importancia para la previsión de inundaciones, sequías y olas de calor.

 

La salinidad de los océanos, junto con la temperatura de la superficie, determina la densidad del agua de mar, un factor esencial para impulsar las corrientes oceánicas alrededor del mundo. La circulación del agua en los océanos regula el tiempo atmosférico y el clima, transportando calor del ecuador a los polos y provoca fenómenos que en casos extremos causan inundaciones y sequías. La salinidad de la superficie del mar está controlada en gran medida por los niveles netos de evaporación/precipitación, un importante indicador del cambio climático. Dado que el equilibro entre evaporación y precipitación es difícil de medir con precisión sobre los océanos utilizando medios basados en tierra, los mapas obtenidos por satélite de la salinidad de los océanos constituirán una vital herramienta para obtener estimaciones más precisas a escala global, lo cual llevará a mejores previsiones atmosféricas. Los datos de SMOS generarán mapas de salinidad de los océanos cada 30 días, como mínimo.

 

La misión SMOS suministrará estos datos tan esperados mediante el uso del primer radiómetro interferométrico de dos dimensiones en órbita polar, MIRAS, que registrará diferencias en la radiación electromagnética emitida desde la superficie de la Tierra (ver cuadro).

 

“El cambio climático es un hecho”, dice el Investigador Principal de SMOS para la ESA, Yann Kerr, “pero su impacto en las precipitaciones, evaporación, escorrentía y riesgos de inundaciones todavía no está claro”. Al hacer posible la recogida de datos sobre humedad de la tierra y salinidad de los océanos desde el espacio, SMOS ayudará a cubrir las lagunas presentes en nuestro conocimiento al respecto, y desempeñará un papel clave en la monitorización de cambio climático a escala global.

 

Despliegue del instrumento en forma de Y MIRAS del satélite SMOS. (© Airbus Defence and Space/ESA)


MIRAS: la respuesta es la Y

Toda la materia emite radiación electromagnética en mayor o menor medida, dependiendo de sus propiedades eléctricas: es lo que se conoce como “emisividad”. La humedad y la salinidad, respectivamente, reducen la emisividad del suelo y el agua; el suelo húmedo y el agua salada emiten menores niveles de radiación que el suelo seco y el agua pura. MIRAS obtendrá lecturas periódicas —cada 1,2 segundos— de la radiación, en la banda de microondas, emitida por la superficie terrestre, para registrar las fluctuaciones en las mezclas de suelo/humedad y sal/agua a nivel global a lo largo del tiempo. Dado que estas mediciones han de llevarse a cabo a una profundidad de sondeo bastante amplia, a través de la vegetación y en cualquier tiempo atmosférico, se decidió que MIRAS operará en la banda L (frecuencia de 1,4 GHz, longitud de onda de 21 centímetros) que permite la mínima perturbación por parte de la cubierta vegetal, el tiempo y la atmósfera. Otra ventaja del uso de esta frecuencia es que está reservada por las normativas internacionales de radio para la astronomía, lo que garantiza que no existen interferencias causadas por emisiones generadas por el hombre provenientes de la superficie de la Tierra. Pero las bajas frecuencias y grandes longitudes de onda como la banda L precisan normalmente una antena de gran tamaño, del orden de las decenas de metros de envergadura, para lograr la cobertura y la resolución espacial adecuadas. Lo cual es simplemente inviable en una misión satélite.

 

Ahí es donde los diseñadores del instrumento han verdaderamente demostrado un ingenio sobresaliente, al encontrar una elegante solución que consiste en sintetizar la apertura de la antena a través de 69 pequeños receptores de antena distribuidos equitativamente sobre una estructura en Y de tres brazos y una plataforma central. Las observaciones de todos los receptores se transmiten a una unida central que lleva a cabo correlaciones interferométricas de las señales entre todas las combinaciones posibles de pares de receptores. Este proceso de juntar una multitud de pequeños receptores produce una resolución de imagen equivalente a la de una única antena “virtual” de gran tamaño.

 

La primer imagen de la señal de MIRAS fue recibida el 17 de noviembre de 2009 en el Centro de Astronomía Espacial Europeo de la ESA (ESAC), en Villafranca, España. (© ESA)

 

Los astutos diseñadores de MIRAS han tomado una tecnología utilizada en telescopios para observación de las estrellas, han encontrado un modo de adaptarla a un satélite pequeño y han invertido su enfoque para que mire hacia abajo, al planeta Tierra.

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