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CENTINELA DEL CIELO

Autora: Mariela de Diego
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La humanidad sube otro escalón en la misión de observar y entender lo que pasa en la atmósfera. En noviembre, el satélite GOES-16 pasará a fase operativa, inaugurando una nueva generación de tecnología satelital. Con más resolución espectral, temporal y espacial, multiplicará varias veces la información disponible hasta ahora. Conversamos en exclusiva con Steve Goodman, Director Científico del programa de satélites de la NOAA, que nos explica los beneficios que traerá el flamante dispositivo.


 

 

Mientras leemos esta nota, sobre la pequeña porción de espacio que ocupa nuestro cuerpo, y a 35 mil kilómetros de altura, circula un nuevo aparato construido por el hombre, que mide los detalles de la atmósfera y de la columna de aire que respiramos. Y lo hace con una precisión inédita y quirúrgica.

Se trata del último satélite ambiental operacional geoestacionario, más conocido como GOES-R (por sus siglas en inglés) que la NASA (Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio) y la NOAA (Administración Nacional Oceánica y Atmosférica) lanzaron el 19 de noviembre de 2016, y que pasará a fase operativa en noviembre próximo, momento en que adoptará oficialmente el nombre de GOES-16.

Son muchos los que esperan este hito. Los meteorólogos, que celebran un salto enorme en el monitoreo y la comprensión de lo que ocurre en la atmósfera; los gobiernos y organismos de protección civil, que podrán perfeccionar sus sistemas de alerta temprana, para salvar vidas y evitar pérdidas económicas; y los ciudadanos, que aunque no lo sepan, amplían un poco más sus chances de caminar por la calle sin que los sorprenda una lluvia inesperada. Porque, como dice Steve Goodman “Ahora vemos cosas que antes no veíamos”.

 

LA FÍSICA TIENE ONDA

Todos los cuerpos de este planeta emiten energía. Lo hacen en forma de ondas electromagnéticas, que se propagan a través de cualquier medio ambiental e incluso del vacío. Esta propagación de energía se llama radiación. Cada cuerpo (el Sol, el agua, las nubes, la vegetación, por ejemplo) emite su mayor cantidad de energía en una longitud de onda distinta, que depende, principalmente, de su temperatura.  Así, por ejemplo, la superficie del Sol, que tiene una temperatura superior a los 6 mil grados Celsius, emite su máximo de energía en onda corta. Los objetos más fríos (la Tierra, el agua) emiten radiación, pero en otras longitudes de onda, más largas.

El espectro electromagnético abarca longitudes de onda que van desde los rayos gamma y rayos X, hasta las ondas de radio, pasando por el ultravioleta, el visible y el infrarrojo.  El ojo humano solo está adaptado para ver una cierta porción de este espectro, denominado  “visible”, y por eso vemos algunas cosas y no otras, como las microondas y los rayos ultravioletas.

Uno de los objetivos de la observación satelital es precisamente captar la radiación que emiten los cuerpos que hay en nuestro planeta, desde la superficie, el agua, las nubes, los aerosoles. Así entonces, cuanto mayor cantidad de sensores disponga el satélite, más longitudes de onda podrá discriminar, y más información habrá para elaborar distintos productos.

Hasta ahora, con el satélite GOES-13, los meteorólogos han contado con cinco bandas espectrales que permitían ver los canales “visible”, “infrarrojo cercano”, “infrarrojo térmico”, “infrarrojo lejano” y “vapor de agua”. Si bien aportaba información abundante, aún quedaban muchísimos detalles por medir. Y a eso ha venido el GOES-16.

 

VER PARA CREER

Steve Goodman ha pasado los últimos 38 años buscando la manera de poner en órbita instrumentos capaces de medir las tormentas con precisión. Y todo indica que acaba de cumplir su objetivo. Él mismo afirma: “ahora podemos ver más profundo en la atmósfera”.

El GOES-16 lleva un conjunto de seis instrumentos que multiplican varias veces la cantidad de información disponible y que miden desde la atmósfera y la superficie terrestre hasta las partículas solares y las tormentas electromagnéticas.

El instrumento principal para la meteorología es el generador de imágenes llamado Advanced Baseline Imager, o simplemente ABI. El ABI cuenta con 16 bandas espectrales (comparadas con las 5 del GOES actual), e incluye dos canales visibles, cuatro canales en el infrarrojo cercano y diez canales infrarrojos.

Y eso no es todo. “Además, ahora tendremos tres canales de vapor de agua. La mayoría  de la humedad está en la parte más baja de la atmósfera, que es donde se originan las tormentas. Con los canales de vapor de agua y la mayor resolución temporal, podremos ver los gradientes más fuertes de la humedad y ver cuán rápido eso va cambiando, lo que nos ayudará a saber dónde está la inestabilidad de la atmósfera”, explica Goodman.

Steve Goodman en el SMN
Steve Goodman en el Servicio Meteorológico Nacional

Sumado a la mayor resolución espectral, el ABI aumenta cuatro veces la resolución temporal, ya que puede generar imágenes de disco completo del planeta cada 15 minutos e incluso puede configurarse para mostrar una región determinada cada 5 minutos. Esto es una mejora sustancial respecto del intervalo de tres horas del sistema anterior.  

Como si esto fuera poco, también  incrementa la resolución espacial. “Pasamos de 1 kilómetro en la banda visible, a 500 metros. O sea que podremos ver mucho mejor los fenómenos de mesoescala (es decir, los más pequeños).  La diferencia es realmente asombrosa” dice orgulloso Goodman.

Significa que será posible observar con mayor detalle, por ejemplo, los forzantes atmosféricos asociados al desarrollo de los sistemas convectivos profundos; monitorear las propiedades microfísicas y las tasas de enfriamiento de los topes nubosos para determinar la severidad potencial de las tormentas, los cambios que ocurren dentro de las nubes en relación con la formación del granizo, vientos severos y tornados.

De esta manera, se podrán mejorar los pronósticos a muy corto plazo frente a fenómenos severos que puedan afectar a la población. Se estima que esta mejor comprensión de los sistemas de tormenta, representará un beneficio económico del orden de los cuatro mil millones de dólares anuales (Fuente: NOAA/GOES-R). ¿Se puede esperar más de esta maravilla tecnológica? Pues sí. Mucho más.

 

RAYOS Y CENTELLAS

En Estados Unidos, todos los años unas 100 personas mueren y otras tantas resultan heridas a causa de descargas atmosféricas (rayos). Solamente en la actividad aeronáutica, las pérdidas relacionadas con las descargas eléctricas se calculan en dos mil millones de dólares anuales. “La complejidad de la actividad eléctrica parecía no ser bien entendida por los pronosticadores. Ahora todo será más preciso”, sintetiza Goodman.

La actividad eléctrica es un gran indicador de la intensidad de la tormenta y de cuál será su evolución. El Geostationary Lightning Mapper, o GLM, es otro de los instrumentos innovadores del GOES-16 y se ocupa justamente de detectar la actividad eléctrica dentro de las nubes y de mapear todos los rayos de una tormenta, tanto los que ocurren dentro de la nube como los que se dan entre la nube y la tierra.  

Goodman explica que se trata de un instrumento completamente nuevo. “Hasta ahora, con las redes en tierra, podíamos ver los rayos caer en diferentes lugares y pensar que se trataba de rayos distintos. Pero resulta que no. Que se trata de un mismo rayo que descarga en varios lugares”.

El GLM no solo apunta a las celdas de tormenta más intensas, sino también a la propagación horizontal de la actividad eléctrica, desde la línea principal de tormenta. Esto tiene grandes implicancias en las zonas marítimas, donde no hay radares, y beneficia significativamente a la aeronáutica, especialmente en los vuelos transoceánicos.

“El relámpago que a simple vista se ve a varios kilómetros de distancia, quizá se esté propagando sobre nuestras cabezas sin que nos demos cuenta. Ahora podremos ver eso y advertir a la población que corre un riesgo, aunque la tormenta parezca lejana”, explica el científico.

El GLM toma una imagen cada dos milisegundos, con lo cual registra 1.800.000 imágenes por hora, y 1296 millones de imágenes por mes. Lo que se hace es compararlas permanentemente e identificar si hay diferencias que indiquen actividad eléctrica en el tope de la nube. Esa información, que es indispensable para uso operativo, es la que se envía a los usuarios.

 

MODELOS A SEGUIR

Para que sepamos cómo estará el tiempo mañana y qué ropa conviene ponernos, los meteorólogos de todo el mundo elaboran el pronóstico basándose en los famosos modelos numéricos. Si alguna vez nos maravillamos por las capacidades de la informática actual, volveremos a estarlo cuando veamos de qué se tratan estos prodigios que combinan la matemática, la física y la computación, y que también se verán favorecidos por el nuevo satélite.

Los modelos numéricos son herramientas que representan la física de la atmósfera y su posible evolución a través de ecuaciones matemáticas. A partir de los datos actuales, los modelos calculan cómo va a estar el tiempo en las siguientes horas en un determinado punto. Estamos hablando de millones de datos de distintas fuentes de observación, y de miles de millones de cálculos matemáticos, que necesitan de una gigantesca capacidad de cómputo para ser procesados (o, en la jerga meteorológica, para “correr los modelos”).

Los modelos se alimentan de los datos de observación sinóptica y además incorporan la información satelital, transformada en datos. Existen modelos globales, como el GFS (Global Forescast System) y existen los modelos regionales, como el WRF (Weather Research Forescast), que calculan el pronóstico para áreas más limitadas.

Las capacidades del GOES-16 también vienen a mejorar estas herramientas de pronóstico, que hoy por hoy son indispensables para todos los meteorólogos del mundo.  

A partir de la información satelital se elaboran lo que se denomina vectores de movimiento atmosférico: se utilizan los campos de humedad y de las nubes, se toman las series de imágenes y, en base a cómo evolucionan estos campos, se estiman variables como la dirección y la velocidad del viento. Obviamente, cuantas más imágenes haya disponibles, mejor se estimará qué está pasando.

Sin embargo, “si  tenemos un vector de movimiento, pero no sabemos a qué altura ubicarlo, no tenemos mucho que ofrecerle al modelo numérico. Gracias a que la resolución espacial será cuatro veces mayor, podremos ver con precisión la altura de las nubes y ubicar esos vectores en la altura correcta”, explica Goodman.

Este input es valioso en varios niveles. Porque como en la atmósfera no existen las fronteras, lo que está ocurriendo en un lugar puede influir a miles de kilómetros, en otro país o en otro hemisferio. Los modelos regionales toman, como condición de contorno, la información provista por los modelos globales.

Por lo tanto, en palabras de Goodman, “Si mejoramos los globales, automáticamente se verán mejorados los modelos regionales”.

Así, entre el generador de imágenes –ABI- y el mapeador de rayos –GLM- “por los próximos 25 años, vamos a ayudar a salvar la vida y los bienes de la población”. Ese es, en definitiva, el propósito de toda la investigación y el desarrollo científico y tecnológico de la humanidad. Y hoy estamos asistiendo a un hito histórico en el camino para alcanzar esa meta.  

 

 

VUELTA POR EL UNIVERSO

Los registros históricos cuentan que, entre el 29 de agosto y el 2 de septiembre de 1859, las auroras boreales se vieron sobre el territorio de Estados Unidos, Roma, Madrid e incluso en Colombia; que las cortinas de luz en plena noche hicieron creer a muchos que ya era de día; y que los sistemas de telégrafos entraron en cortocircuito y generaron numerosos incendios.

Había ocurrido la tormenta solar más intensa de la que se tenga registro, que pasó a la historia como el “Evento Carrington”, por el nombre del astrónomo que la describió desde su observatorio. Si no tuvo consecuencias más trágicas fue porque los sistemas de comunicación de la humanidad aún no estaban muy desarrollados.

Pero hoy el escenario es distinto. Las comunicaciones de esta era son sofisticadas, y de ellas depende el funcionamiento normal del mundo y de la vida en él. El colapso de nuestro sistema de comunicaciones sería tan caótico, que bien valen los esfuerzos de la ciencia para monitorear y medir los eventos solares y su influencia en el campo magnético de la Tierra.

Algunos de los instrumentos a bordo del GOES-16 también cumplen esa función. Los equipos se completan con sensores que captan variables en la atmósfera superior, la magnetósfera, e incluso la actividad del Sol.

Efectivamente, el instrumento EXIS (Extreme Ultraviolet and X-ray Irradiance Sensor) se ocupa de monitorear la radiación solar en la atmósfera superior, o sea, la potencia y el efecto de la radiación electromagnética del Sol. Es capaz de detectar las llamaradas solares que pueden afectar a satélites, aerolíneas de gran altitud y redes eléctricas en la Tierra.

“Estaremos tomando imágenes del Sol y mirando sus efectos sobre nosotros, las explosiones solares, llamaradas solares, las erupciones de masa coronal que afectan nuestras comunicaciones en el planeta” explica Goodman.

Por su parte, el SUVI (Solar Ultraviolet Imager), observará el comportamiento de la energía solar en el rango de longitudes de onda ultravioleta extrema (EUV). Podrá compilar imágenes solares de disco lleno, observará y caracterizará las regiones activas del Sol, bengalas solares y las erupciones de filamentos solares que pueden dar lugar a eyecciones de masa coronal. Dependiendo del tamaño y la trayectoria de las erupciones solares, los posibles efectos sobre el espacio cercano y la magnetósfera de la Tierra, pueden causar tormentas geomagnéticas que interrumpan los servicios de energía, los sistemas de comunicación y navegación y pueden causar daños de radiación a la órbita de los satélites y en la Estación Espacial Internacional.

La magnetósfera es la región alrededor de la Tierra que está controlada por el campo magnético del planeta y que lo protege del viento solar constante. El viento solar es una corriente de partículas cargadas que libera la atmósfera superior del Sol y que interactúan con el campo magnético de la Tierra.  El instrumento MAG (Magnetometer) medirá el campo magnético en la porción externa de la magnetósfera. MAG medirá las partículas cargadas que se encuentran en el área externa de la magnetósfera que constituyen peligros de radiación para las naves espaciales y los vuelos espaciales humanos.

Y por último, el instrumento SEISS (Space Environment IN-situ Suite) se compone de cuatro sensores para monitorear los flujos de protones, electrones e iones pesados ​​en órbita geosincrónica. La información proporcionada por SEISS es crítica para evaluar el riesgo de descarga electrostática y el peligro de radiación para los astronautas y los satélites.

Estos instrumentos vienen a aportar información a un campo de conocimiento relativamente nuevo, llamado “Space Weather” o “Meteorología del Espacio”. Recién en 2016 la Organización Meteorológica Mundial acordó el uso de este término para coordinar las actividades de investigación relacionadas con esta temática en todo el planeta.

Básicamente, la Meteorología del Espacio busca entender la forma en la que se interrelacionan los fenómenos que se desarrollan en la alta atmósfera, la magnetósfera, junto con las emisiones provenientes del Sol. Y con el GOES-16, la nueva disciplina suma un nuevo aliado. “Aunque la gente tienda a pensar que sólo mide la atmósfera cercana a la Tierra, es mucho más que eso. Es un satélite ambiental” aclara Goodman.

 

 

A CIELO ABIERTO

La ciencia no tiene techo. Avanza, alcanza metas, celebra hitos. Pero, como el cielo, no tiene final. Es una de las tantas paradojas que atraviesan al hombre. Y la meteorología también vive en esa encrucijada. Buscando obstinadamente algo que sabe que nunca va a encontrar: el pronóstico perfecto para cada punto del espacio y del tiempo.

Esta verdad no obstaculiza su avance firme y decidido.  Y entonces, desde el espacio, el GOES-16  verá el lanzamiento del GOES-S (GOES-17) en marzo de 2018. Luego vendrá, en 2020, el GOES-T (GOES-18). Y en 2025 llegará el GOES-U (GOES-19).

Porque siempre habrá más enigmas que descifrar, nuevos interrogantes que responder. Y volveremos a maravillarnos con noticias como ésta; nuevos capítulos en el milenario deseo del hombre por entender los misterios de la naturaleza.