Una sentinella in cielo: il satellite Sentinel-5P

Sentinel-5 Precursor (S5P)

In questo post vediamo insieme le caratteristiche principali del satellite ESA "Sentinel-5P", il gigante in orbita che fornirà parte dei dati utilizzati in questo progetto.

Il satellite 🛰️

Lanciato nel 2017 dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA), Sentinel-5P è una missione "sentinella" dedicata esclusivamente al monitoraggio dell'atmosfera terrestre.

• Perché "Precursor"? È un satellite ponte, lanciato per garantire la continuità dei dati tra i vecchi sensori (come OMI) e la futura missione Sentinel-5 (ospitata a bordo dei satelliti Meteosat di nuova generazione) messa in orbita pochi mesi fa.

• Orbita: Gira a circa 824 km di quota in un'orbita eliosincrona. Questo significa che passa sopra lo stesso punto della Terra ogni giorno alla stessa ora locale, permettendo confronti temporali precisi.

Sentinel 5 in orbita

L'orbita sincrona di Sentinel 5 

Ma che cosa c'è a bordo del satellite di così grande importanza? Presto detto: 

Il sensore: TROPOMI 🔎

• TROPOMI (TROPOspheric Monitoring Instrument) è l'unico strumento a bordo ed è, al momento, lo spettrometro più avanzato al mondo per la qualità dell'aria.
• Risoluzione spaziale: È la sua vera forza. Riesce a "vedere" pixel di circa 3,5 x 5,5 km (inizialmente 7x7 km). Per un satellite atmosferico è una precisione incredibile: consente di distinguere l'inquinamento di una singola città o il pennacchio di un vulcano specifico.
• Copertura globale: Grazie a una "fetta" di scansione larga 2600 km, TROPOMI mappa l'intero pianeta ogni 24 ore.
• Cosa misura: Non scatta foto "visibili" come Google Earth, ma scompone la luce in diverse lunghezze d'onda (dall'ultravioletto all'infrarosso a corto raggio) per rilevare l'impronta digitale dei gas:

• NO2 (biossido di azoto)
• CH4 (metano)
• CO (monossido di carbonio)
• O3 (ozono)
• Gli aerosol

Smontiamolo subito! Com'è fatto dentro? 👨‍🔧

Architettura interna di TropoMI

Un telescopio a grande angolo (108 gradi di apertura) permette di acquisire un'area molto estesa ad ogni scansione. Ad esempio, quando il satellite è posizionato sopra l'Italia può analizzare una superficie che va dal Portogallo alla Turchia.

La luce ricevuta è quindi analizzata da quattro spettrometri indipendenti e inviata a rilevatori CCD / CMOS, il cui principio di funzionamento è analogo alle fotocamere dei cellulari e delle macchine fotografiche digitali.

Per aumentare la qualità del dato questi sensori sono mantenuti a temperature estremamente basse (130 gradi Celsius sotto lo zero) per abbattere il rumore di fondo dovuto al calore dei componenti sensibili della matrice.

Come sono elaborate le informazioni? ⚙️

Il metodo di analisi DOAS

Il metodo di analisi utilizzato da TropoMI si chiama "DOAS", spettroscopia ad assorbimento ottico differenziale.

Si basa sulla proprietà dei gas di assorbire componenti della luce in punti precisi dello spettro.

Il sensore TropoMi confronta la luce solare diretta con quella riflessa che riceve da Terra ed effettua una sottrazione dei valori nelle varie bande.

Identificando i punti di minimo dei valori ottenuti si può dedurre la presenza e la quantità di un componente presente in atmosfera: ad esempio il metano (CH4) assorbe di preferenza le componenti infrarosse.

Una scopa spaziale! 🧹

La scansione push-broom

Per analizzare un'area il più possibile vasta il satellite sfrutta le caratteristiche del sensore per evitare di usare parti mobili, come specchi oscillanti o obiettivi mobili.

La grande apertura ottica del telescopio ricevente permette di... spazzolare una sezione larga 2600 km spostandosi alla velocità di 7 km al secondo.

Si comporta un po' come un gigantesco scanner manuale passato a velocità incredibile sulla superficie della Terra per studiarne l'atmosfera!

La struttura dati: è come una torta millefoglie!  🍰

Mentre si sposta a 25000 km all'ora, il nostro Sentinel-5 deve occuparsi di memorizzare e spedire a terra i dati raccolti. Ma cosa ci manda di preciso?

Ogni "punto" di rilevamento ricevuto non contiene solo una singola informazione ma una struttura piuttosto complessa formata da ben 65 livelli di dati.

Analisi delle bande di dati dal file Sentinel

65 livelli di dati

Curiosità: le rilevazioni nel 2020

Rilevazioni durante il lockdown 2020

Un'evidenza dell'efficacia di queste analisi è risultata evidente durante il periodo di blocco delle attività industriali e del traffico dei veicoli nel 2020.

Sentinel-5P è stato il primo testimone dallo spazio del crollo dei valori di concentrazioni degli inquinanti nelle aree urbane industrializzate.