Por que os satélites de observação da Terra são tão importantes?

A Terra obteve seu primeiro satélite artificial há 60 anos, quando o lançamento, em 1957, de uma bola sonora chamada Sputnik deu início à Era Espacial. Milhares de outros satélites mais sofisticados seguiram-se desde então, e cerca de 1.400 estão operacionais hoje, incluindo uma variedade de ferramentas científicas interessantes, como telescópios espaciais. No entanto, embora estes satélites científicos muitas vezes se concentrem para fora, usando a sua altura para uma melhor visão do universo, a órbita da Terra também oferece uma visão vital de outra coisa: a própria Terra.Os satélites de observação da Terra desempenham agora muitas funções importantes, até mesmo salvadoras de vidas, em todo o mundo, e alguns dos mais poderosos são geridos por duas agências dos EUA: a Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) e a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA). Esses satélites realizam alguns serviços bem conhecidos, como nos ajudar a prever e rastrear tempestades perigosas, mas também fornecem uma ampla gama de benefícios menos conhecidos. E dados os relatórios recentes de cortes orçamentais potencialmente dramáticos para a divisão de satélites da NOAA – juntamente com preocupações semelhantes sobre o Observatório da Terra da NASA – talvez esses benefícios sejam um pouco menos conhecidos.

Para esclarecer melhor por que os satélites de observação da Terra dos EUA são tão valiosos e por que precisamos de tantos deles, aqui está uma análise mais detalhada de alguns dos satélites e o que eles realmente fazem.

Antecipando tornados

Satélites de observação da Terra são ferramentas críticas para prever todos os tipos de eventos climáticos severos. Os satélites da NOAA fornecem um fluxo especialmente valioso de informações, constantemente capturando imagens de tempestades e cobertura de nuvens, medindo temperaturas de superfície e monitorando precipitação, entre muitas outras tarefas.

“Esse fluxo ininterrupto de inteligência ambiental essencial 24 horas por dia, 7 dias por semana, é a espinha dorsal da sofisticada modelagem computacional do Serviço Nacional de Meteorologia para criar previsões e alertas para eventos climáticos severos”, explica a NOAA, “salvando vidas e protegendo comunidades locais”.

Os tornados, por exemplo, são fenómenos complexos que podem ser difíceis de prever, por isso precisamos de uma variedade de dados para informar os nossos modelos e previsões. Isso inclui informações de aeronaves e sensores de superfície, mas os satélites podem oferecer dados valiosos e únicos sobre tempestades severas – e quaisquer tornados que elas possam gerar. Esses dados são inseridos em sofisticados modelos de computador que podem calcular os prováveis ​​próximos movimentos da atmosfera e também fornecer detalhes mais diretos sobre fatores como variações nos canais de umidade e rotação de nuvens que podem melhorar as previsões de tornados.

Diferentes satélites transportam diferentes tipos de instrumentos, e os seus vários dados podem ser sintetizados para criar uma imagem mais completa do que qualquer satélite poderia oferecer sozinho. E a nova tecnologia está a tornar a frota de satélites da NOAA ainda mais valiosa – o satélite GOES-16 foi adicionado no final de 2016, parte do sistema Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES), e já é um “divisor de águas”, diz a agência. Ele pode examinar o Hemisfério Ocidental a cada 15 minutos, o continente dos EUA a cada 5 minutos e áreas de clima severo a cada 30 a 60 segundos, tudo ao mesmo tempo. Oferece mais bandas espectrais com maior resolução e velocidade mais rápida do que nunca e, entre outros benefícios, proporciona maiores tempos de alerta para tempestades e tornados.

Esclarecedor sobre relâmpagos

Uma ferramenta impressionante no arsenal do GOES-16 é o Geostationary Lightning Mapper (GLM), o primeiro detector de raios do planeta em órbita geoestacionária. O GLM procura continuamente relâmpagos em todo o Hemisfério Ocidental, fornecendo dados que podem informar os meteorologistas quando uma tempestade está se formando, se intensificando e se tornando mais perigosa. “O aumento rápido dos relâmpagos é um sinal de que uma tempestade está a fortalecer-se rapidamente e pode produzir condições meteorológicas severas”, explica a NOAA , pelo que este tipo de conhecimento oferece outra pista crucial sobre o desenvolvimento de tempestades perigosas.

Os dados do GLM também podem revelar quando uma tempestade parou no local e, juntamente com fatores como precipitação, umidade do solo e topografia, isso pode ajudar os meteorologistas a emitir alertas de inundação mais cedo. Em áreas secas como o oeste dos EUA, o GLM também é útil para antecipar quando e onde os raios podem levar a incêndios florestais. E não é apenas um proxy para problemas maiores, já que os raios em si são um perigo direto à vida humana. O GLM é projetado para detectar raios nas nuvens também, que geralmente ocorrem 10 minutos ou mais antes de ataques potencialmente mortais da nuvem ao solo. “Isso significa mais tempo precioso para os meteorologistas alertarem aqueles envolvidos em atividades ao ar livre sobre a ameaça em desenvolvimento”, observa a NOAA.

Previsão de furacões

Em 1943, a costa do Texas foi devastada por um “ furacão surpresa ” que ninguém esperava. Não havia satélites meteorológicos em 1943 – o primeiro só entraria em órbita dentro de 20 anos – e nem mesmo o radar meteorológico estava disponível ainda. Além disso, os sinais de rádio dos navios foram silenciados no Golfo do México devido às preocupações dos EUA sobre os submarinos alemães, reduzindo ainda mais as hipóteses de aviso adequado.

Hoje, porém, nenhum furacão pode chegar muito longe sem que hordas de humanos observem cada movimento seu. Temos várias maneiras de rastrear e prever o que os ciclones tropicais fazem, mas, como acontece com muitas tempestades, os satélites da NOAA e da NASA são algumas das nossas melhores apostas para compreendê-los.

Ambas as agências possuem vários satélites para esta tarefa. O sistema GOES da NOAA fornece dados e imagens precisas de furacões, como a imagem GOES-West de 2015 acima, enquanto o satélite Terra da NASA – o carro-chefe de sua frota de observação da Terra – carrega um conjunto de instrumentos que o tornaram uma parte fundamental da defesa da humanidade contra furacões. E além de todos esses olhos no céu, a NASA também lançou recentemente oito microssatélites, conhecidos como Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS), para melhorar nossa compreensão da formação de furacões. “A missão estudará a relação entre as propriedades da superfície do oceano, a termodinâmica atmosférica úmida, a radiação e a dinâmica convectiva para determinar como um ciclone tropical se forma e se ele se fortalecerá ou não e, em caso afirmativo, por quanto”, explica o Departamento de Física Espacial da Universidade de Michigan. Laboratório de Pesquisa, que ajudou a desenvolver o sistema. “Isso irá avançar nos métodos de previsão e rastreamento.”

Monitoramento de incêndios e inundações

À medida que as alterações climáticas estimulam padrões climáticos mais extremos, a ameaça de secas – e, portanto, de incêndios florestais – está a crescer em muitas partes dos EUA. foram lembrados em 2016 . Os incêndios florestais naturais nem sempre devem ser totalmente combatidos, mas quer estejamos extinguindo ou apenas contendo um incêndio, os satélites de observação da Terra fornecem uma perspectiva que salva vidas.

Os satélites NOAA e NASA podem rastrear o risco de incêndio medindo coisas como precipitação, umidade do solo e saúde da vegetação, ajudando a revelar a necessidade de queimadas prescritas ou outras precauções para evitar um incêndio florestal fora de controle. Eles também ajudam a monitorar o tamanho e os movimentos dos incêndios espionando sua fumaça, o que pode representar uma ameaça adicional à saúde pública muito além do próprio incêndio.

Na outra ponta do espectro, satélites de observação da Terra também podem nos ajudar a ficar à frente das enchentes, incluindo aquelas causadas por congestionamentos de gelo . Enchentes por congestionamento de gelo são comuns ao longo de alguns rios no inverno e na primavera, e ao rastrear a localização e o movimento do gelo do rio por meio de satélites, as autoridades podem emitir alertas de enchentes mais cedo. Os satélites também desempenham um papel vital na previsão de enchentes repentinas, especialmente em áreas rurais escassamente povoadas com poucas outras fontes de dados de precipitação, como medidores ou radar.

Informando os agricultores

Os dados meteorológicos e climáticos são especialmente valiosos para os agricultores e produtores de gado, cujos meios de subsistência podem depender de ter tempo para se prepararem para uma chuva torrencial, um congelamento profundo ou uma seca. A NOAA trabalha com o Departamento de Agricultura dos EUA (USDA) para ajudá-los a se manterem informados, e as duas agências formalizaram esta parceria em 1978 através do Joint Agricultural Weather Facility (JAWF), cuja missão é manter os produtores, exportadores, analistas de commodities e o USDA dos EUA. funcionários informados sobre a evolução do clima em todo o mundo e seus efeitos potenciais nas colheitas e na pecuária.

Para atingir esse objetivo, especialistas da NOAA e do USDA analisam dados meteorológicos de satélites e outras fontes, avaliam como esse clima afetará a produção agrícola e, então, publicam suas descobertas no Weekly Weather and Crop Bulletin (WWCB), uma publicação que remonta à década de 1890. Descrito como “parte relatório meteorológico e parte previsão de safra”, o WWCB oferece estatísticas meteorológicas estado por estado, relatórios meteorológicos internacionais, resumos globais de produção de safras, imagens de satélites geoestacionários e vários produtos de dados “combinados” de várias fontes de dados. Além do WWCB, a NOAA e o USDA também colaboram em projetos como o Crop Explorer , um aplicativo baseado na web que oferece “informações agrometeorológicas quase em tempo real” e outros produtos de dados.

E embora o foco da NOAA seja nos fazendeiros americanos, os satélites também fornecem uma visão mais ampla. Isso é útil na previsão do tempo, já que os padrões climáticos geralmente começam fora das fronteiras dos EUA, e também pode ser uma bênção para os produtores americanos cujas safras devem competir em mercados globais.

“[O Boletim Semanal sobre Clima e Culturas] ajuda os agricultores a acompanhar o cenário mundial das commodities”, explicou o meteorologista-chefe adjunto do USDA, Mark Brusberg, em um comunicado de 2016. “Os nossos agricultores estão interessados ​​no que está a acontecer na Europa e na América do Sul porque, em última análise, isso tem impacto sobre o que produziriam e quais seriam os seus preços.”

Rastreando as mudanças climáticas

Além de todos os benefícios localizados e de curto prazo que obtemos dos satélites de observação da Terra, uma das suas missões mais importantes é revelar um quadro muito mais amplo: o nosso clima cada vez mais errático, tanto nos EUA como no mundo. Os satélites da NOAA e da NASA seriam janelas importantes para as alterações climáticas naturais, mesmo sem a interferência humana, mas dadas as crises mundiais causadas pelas emissões de gases com efeito de estufa da nossa espécie, a sua visão global é particularmente urgente.

E como o cientista da NASA Eric Fetzer observou em 2015, a chave para ver esse quadro geral é acumular muitos dados ambientais precisos ao longo do tempo e do espaço, uma tarefa que sofreria dramaticamente sem satélites. “O grande objetivo é avaliar como a atmosfera responde às mudanças”, disse Fetzer, “e para entender completamente as tendências de longo prazo, é melhor entender muito bem as tendências de curto prazo.”

Os satélites são ferramentas cruciais para entender as mudanças climáticas, fornecendo muitos insights diferentes para descrever adequadamente aqui. Todos os dados meteorológicos se tornam dados climáticos ao longo do tempo, então qualquer coisa que aprendemos sobre o comportamento de curto prazo de tornados, furacões, El Niño ou a Oscilação do Ártico pode informar nossa compreensão de longo prazo de como os climas estão mudando. E os satélites também transmitem dados críticos sobre lugares remotos como o Oceano Ártico, Groenlândia e Antártida, onde o derretimento de geleiras e gelo marinho tem grandes implicações para as pessoas ao redor do mundo. Isso inclui o aumento do nível do mar, por exemplo, sobre o qual saberíamos muito menos se não fosse pelos satélites trabalhando incansavelmente no alto.

Estudando ameaças à saúde pública

Os satélites de observação da Terra já lançam luz sobre os riscos à saúde pública relacionados ao clima severo e sobre aqueles decorrentes de mudanças climáticas como elevação do nível do mar, secas e escassez de alimentos. Mas eles também oferecem insights sobre outros riscos menos óbvios, como florações de algas nocivas (HABs), que podem ocorrer naturalmente ou devido a fertilizantes no escoamento de águas pluviais, que superalimentam algas produtoras de toxinas até que elas formem grandes e perigosas “florações”. As HABs podem ocorrer na água do mar ou na água doce e periodicamente assolam corpos d’água com densas populações humanas próximas, como o Lago Erie ou o Lago Okeechobee da Flórida.

Os HABs podem adoecer as pessoas e a vida selvagem com as suas toxinas – ou criar indirectamente “zonas mortas” com baixo teor de oxigénio que matam a vida aquática – e causam cerca de 82 milhões de dólares em perdas económicas nos EUA por ano. Imagens dos satélites da NOAA e da NASA são utilizadas para avaliar e prever HABs, ajudando as autoridades a determinar o tamanho e a localização de uma proliferação, para onde se dirige, se apresenta uma espécie de algas tóxicas e se poderá tornar-se mais grave num futuro próximo.

Até mesmo algumas doenças infecciosas podem ser rastreadas por satélites . A propagação de doenças transmitidas por mosquitos, como a malária, por exemplo, tende a depender de factores ambientais como a precipitação, a temperatura, a humidade e a cobertura vegetal, uma vez que esses factores afectam a longevidade e o sucesso reprodutivo dos mosquitos. “Infelizmente, não vejo mosquitos em satélites, mas vejo o ambiente onde os mosquitos estão”, explicou Felix Kogan, cientista da NOAA, num artigo de 2015. “Os mosquitos gostam de ambientes quentes e úmidos e é isso que vejo nos satélites operacionais”.

Como as áreas com vegetação absorvem mais luz visível e refletem mais luz infravermelha próxima de volta ao espaço, Kogan e seus colegas podem usar imagens de detecção de radiação baseadas em satélite para medir as mudanças na cobertura vegetal ao longo do tempo. Se as condições forem favoráveis ​​para os mosquitos, eles podem prever quando, onde e por quanto tempo o risco de malária será — com um a dois meses de antecedência.

Auxiliando em resgates

Além dos seus muitos conhecimentos sobre condições meteorológicas adversas, alterações climáticas e outras questões de vida ou morte, os satélites de observação da Terra também ajudam a resgatar pessoas de situações de risco imediato de vida. Os satélites NOAA fazem parte do Sistema Internacional de Rastreamento Auxiliado por Satélite de Busca e Resgate, COSPAS-SARSAT , que usa uma rede de espaçonaves para detectar e localizar rapidamente sinais de socorro de balizas de emergência em aeronaves, barcos ou balizas localizadoras pessoais portáteis (PLBs).

Quando um satélite da NOAA identifica um sinal de socorro, os dados de localização são retransmitidos para o Centro de Controle de Missão SARSAT na Instalação de Operações de Satélite da NOAA em Maryland. De lá, as informações são rapidamente enviadas para um Centro de Coordenação de Resgate, operado pela Força Aérea dos EUA para resgates em terra ou pela Guarda Costeira dos EUA para resgates na água.

Em 2016, esse processo foi usado para resgatar 307 pessoas em todo o país, o maior total desde 2007, quando 353 pessoas foram salvas. Dois terços deles foram resgates aquáticos, de acordo com a NOAA, enquanto cerca de 7% foram relacionados à aviação e 25% foram resgates terrestres envolvendo PLBs.

“Em qualquer dia, em qualquer hora”, disse o gerente do NOAA SARSAT, Chris O’Connors, em uma declaração recente, “os satélites da NOAA podem desempenhar um papel direto em salvar vidas”.

Por que tantos satélites?

Pode ser difícil descartar o valor dos satélites de observação da Terra em geral, mas alguns críticos dizem que temos muitos deles. O deputado americano Lamar Smith (R-Texas), por exemplo, sugeriu que a NASA deveria ignorar as ciências da Terra em favor do espaço sideral, argumentando que “há mais uma dúzia de agências que estudam as ciências da Terra e as mudanças climáticas”. No entanto, a outra agência federal com uma frota de satélites de ciências da Terra, a NOAA, também enfrenta o espectro de cortes potencialmente severos no seu orçamento para satélites, levantando preocupações sobre a perda debilitante da visão causada pelos nossos olhos no céu, que salvam vidas.

Do orçamento de 19 mil milhões de dólares da NASA, cerca de 2 mil milhões vão para o seu programa de ciências da Terra, enquanto todo o orçamento da NOAA é relativamente escasso de 5,8 mil milhões de dólares . (O orçamento federal global, para comparação, é superior a 3 biliões de dólares .) No entanto, o abandono destes investimentos poderia ter consequências terríveis, desde a perda de tempo de alerta sobre condições meteorológicas severas até à perda de perspectiva sobre o ritmo das alterações climáticas.

Embora possa parecer redundante ter múltiplas agências a gerir dezenas de satélites de observação da Terra, vale a pena notar que diferentes satélites transportam diferentes tipos de instrumentos para medir uma vasta gama de sinais terrestres. E mesmo quando os seus esforços se sobrepõem, também vale a pena notar que a redundância raramente é um desperdício na ciência. As informações de um satélite podem ser úteis, mas se essas informações puderem ser corroboradas por outros satélites, o seu valor dispara.

Esta lista cobre apenas algumas vantagens dos satélites de observação da Terra. Eles também nos ajudam a prever tempestades geomagnéticas, rastrear derramamentos de petróleo e planejar rotas comerciais, por exemplo, entre muitas outras coisas. E embora o nosso interesse em deixar a Terra possa ser motivado em grande parte pelo fascínio do espaço, estes observadores orbitais incorporam uma lição importante da Era Espacial: não há lugar como a nossa casa ( pelo menos não em qualquer lugar próximo ).