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I satelliti meteorologici: immagini da 36'000 km di quota

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Lo sviluppo e la messa in funzione dei satelliti meteorologici hanno rivoluzionato il mondo della meteorologia negli anni ’70 e ’80 del secolo scorso. Ma come funzionano questi raffinati strumenti che orbitano attorno alla Terra? Come è possibile che riescano a fornire immagini così nitide e dettagliate dell’atmosfera terrestre? Lo spieghiamo in questo secondo blog della serie dedicata ai satelliti meteorologici.

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Dallo spazio alla tasca della nostra giacca

Le app dedicate alla meteorologia, come quella di MeteoSvizzera, sono molto popolari. Fra le varie informazioni e dati che mostrano, non può mancare l’animazione delle nuvole viste dai satelliti meteorologici. Un sistema alquanto complesso e tecnologicamente raffinato ci permette di avere sempre a portata di mano le più recenti immagini satellitari. Scopriamolo insieme.

Lo schema illustrato nella figura 1 rappresenta gli elementi principali che compongono un sistema satellitare. Le nuvole (1) riflettono le onde luminose provenienti dal Sole e emettono onde infrarosse. Queste onde sono rilevate dal satellite meteorologico in orbita (2) che al suo interno porta con sé gli strumenti in grado di “fotografare” le nuvole. Semplificando il discorso, ci si può immaginare questi strumenti proprio come delle sofisticate macchine fotografiche che sono sensibili ai vari tipi di onde luminose o infrarosse riflesse o emesse dalle nuvole.

Una serie di blog dedicati alla meteorologia satellitare

Il 13 dicembre 2022 il primo satellite della nuova generazione di satelliti geostazionari europei è stato messo in orbita. La “Meteosat Third Generation” (abbreviata in MTG), di EUMETSAT, l’organizzazione europea per l'esercizio dei satelliti meteorologici, darà un contributo importante al miglioramento delle allerte maltempo, delle previsioni meteorologiche e della ricerca nel campo dei cambiamenti climatici. Il lancio del primo satellite MTG-I1 offre l’occasione a MeteoSvizzera per dedicare una serie di blog alla meteorologia satellitare. In merito al lancio del satellite MTG-I1 abbiamo già pubblicato un blog.

Questi sensori trasformano le onde che registrano in un segnale digitale che viene trasmesso immediatamente verso Terra. Qui due stazioni di ricezione (3), fra cui una a Leuk in Svizzera raccolgono il segnale digitale che viene in seguito fatto proseguire verso la centrale di EUMETSAT a Darmstadt (4) dove viene elaborato e sono prodotte i dati e le immagini grezze. Questi ultimi sono infine trasmessi a tutti gli utilizzatori sia tramite un sistema di telecomunicazione satellitare (5), sia attraverso la rete Internet. Gli utenti, ad esempio MeteoSvizzera (6) ricevono dal satellite di telecomunicazione i dati satellitari e le elaborano definitivamente prima di distribuirle (7) agli utilizzatori finali. Il tutto in pochi minuti: trascorrono infatti meno di 15 – 20 minuti da quando il satellite inizia a misurare a quando trovate le immagini sul vostro cellulare. A MeteoSvizzera, le immagini satellitari sono processate e messe a disposizione del servizio previsione grazie al software open-source PyTroll".

Una mosca vista da 100 metri di distanza

Le leggi della fisica impongono di collocare i satelliti geostazionari in un punto ben preciso attorno alla Terra: sulla verticale dell’equatore a 36'000 km di quota. Solo in questo modo il satellite compie un’orbita completa proprio in 24 ore e rimane – visto da Terra – apparentemente fisso. Osservare le nuvole da quella distanza non è un’operazione semplice. Si pensi che i futuri satelliti MTG saranno in grado di identificare delle nuvole di circa 1 km di larghezza o lunghezza. Per dare un’idea è come se il portiere di una squadra di calcio fosse in grado di vedere una mosca posata sulla traversa della porta avversaria. Sono dunque necessari degli strumenti raffinati costruiti in modo tale da resistere agli scossoni e alle vibrazioni generati dal lancio e dalla messa in orbita, capaci di funzionare in presenza di temperature che oscillano grossomodo da -100 °C a +100 °C e – cosa più importante di tutte – che non si rompano. Perché una volta in orbita non possono più essere riparati. Devono dunque funzionare perfettamente per 20 anni, giorno e notte, 365 giorni all’anno.

Nuvole di tutti i colori

Immaginiamo di essere un astronauta all’interno della stazione spaziale internazionale. Guardando verso Terra vedremmo gli oceani, le foreste, le montagne con i ghiacciai, le città più grosse e, ovviamente anche le nuvole, di tante forme e dimensioni differenti. Ci apparirebbero tutte di tonalità biancastra. Alcune più chiare, altre più scure, ma sempre sostanzialmente bianche. Solo basandosi sul loro colore sarebbe difficile distinguere le nuvole temporalesche dai sottili cirri o dall’estesa nebbia alta. E di notte … non le vedremmo neanche. Per fortuna i satelliti meteorologici ci permettono di distinguere i vari tipi di nuvole e di vederle anche di notte. Gli strumenti collocati su un satellite meteorologico trasformano, infatti, la radiazione visibile riflessa dalle nuvole o quella infrarossa emessa delle nuvole, in un segnale digitale che può essere poi elaborato a piacimento per mettere in evidenza alcune caratteristiche delle nuvole. Ad esempio: il tipo di onde infrarosse emesse da una nuvola dipende dalla temperatura della parte sommitale della nuvola stessa. Le nuvole molto alte, sono anche molto fredde e emettono onde infrarosse differenti da quelle emesse dalle nuvole più basse che sono invece più calde. I meteorologi hanno imparato a sfruttare queste differenze, associando ai vari tipi di onde emesse o riflesse dalle nuvole una colorazione artificiale diversa. In pratica si “photoshoppano” le nuvole per mettere in evidenza aspetti che altrimenti sfuggirebbero all’occhio umano.