Studiare l’inquinamento luminoso dalla Stazione Spaziale Internazionale

novembre 28, 2011  |   AstronomiaNova   |     |   0 Commenti

di Fabio Falchi

Abbiamo tutti visto le immagini, scattate a bordo della International Space Station (ISS) dagli astronauti, che ritraggono il lato notturno del nostro pianeta. Molti trovano queste immagini spettacolari e, ad un primo impatto, si potrebbe essere d’accordo. La nostra Terra sembra un albero di Natale agghindato per bene.

Anche i colori iridescenti degli idrocarburi dispersi in acqua possono essere bellissimi. Però ci rendiamo conto immediatamente che stiamo in realtà osservando una testimonianza di inquinamento chimico. La stessa sensazione dovrebbe accompagnarci quando osserviamo le immagini notturne delle nostre città: sono la prova degli sprechi e dell’inquinamento luminoso provocato dall’illuminazione artificiale.

Quella luce inviata verso lo spazio potrà essere spettacolare per l’equipaggio della ISS, ma al contempo nasconde a miliardi di persone il più grande (anche letteralmente) spettacolo della Natura: il cielo stellato incontaminato.

Le immagini riprese dalla ISS possono però essere utilizzate anche per studiare scientificamente l’inquinamento luminoso e quindi possono contribuire a combatterlo.

Ad oggi gli unici satelliti con sensibilità sufficiente per fare misure quantitative delle luci cittadine notturne sono quelli del Defense Meteorological Satellite System (DMSP), progettati a cavallo tra gli anni ’60 e ’70 del secolo scorso. Con i dati di questi satelliti si sono ottenute le mappe del flusso emesso verso l’alto dalle città e, partendo da queste, è stato possibile computare, usando sofisticati modelli di propagazione della luce in atmosfera, le mappe che mostrano, per ogni sito, qual è la luminanza del cielo notturno allo zenit (e in altre direzioni, volendo). Il mio gruppo di ricerca ha pubblicato, ormai 10 anni fa, il primo atlante mondiale della brillanza artificiale del cielo usando proprio i dati dei satelliti DMSP.

Questi satelliti rimarranno ancora per qualche anno gli unici a poter fornire le misure quantitative che servono per avere un monitoraggio globale dell’inquinamento luminoso. I satelliti di nuova generazione del National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System sono infatti rimasti solo sulla carta. Al loro posto ci saranno due serie di satelliti, una militare (Defense Weather Satellite System) che andrà a sostituire dal 2018 i satelliti DMSP e una civile Joint Polar Satellite System (JPSS), con un primo lancio ora previsto nel 2014.

Il radiometro a bordo dei satelliti DMSP oscilla continuamente e guarda a ‘destra e a sinistra’ lungo la traiettoria che percorre orbitando attorno alla Terra da una quota di 830 km (fig. 4).

I dati raccolti vanno quindi da quelli perfettamente sotto il satellite (nadir) fino a quasi 1500 km a sinistra e a destra del nadir. In questo modo i satelliti riescono ad osservare le luci delle città anche molto di taglio.

Quindi possiamo avere delle misure dell’intensità della luce emessa a diversi angoli dalle città stesse e possiamo ricostruire la cosiddetta funzione di emissione (fig. 6). L’incertezza delle misure ottenute con i satelliti DMSP è però elevata, soprattutto ad elevati angoli dal nadir (cioè per la luce che lascia le città a bassi angoli sopra l’orizzonte, quella che crea più inquinamento luminoso). La luce emessa ad angoli inferiori a 20° sopra l’orizzonte non riusciamo a misurarla bene con i dati del DMSP. Per ottenere mappe di inquinamento luminoso più accurate e per tenere sotto controllo l’applicazione delle leggi contro l’inquinamento luminoso e per monitorare la loro efficacia è fondamentale riuscire a fare misure più precise della funzione di emissione. L’inquinamento luminoso lontano dalle città dipende fortemente dalla schermatura o meno delle luci emesse a bassi angoli sopra il piano dell’orizzonte.

E’ proprio in questo che le fotografie riprese dalla ISS sono una risorsa da sfruttare. Le fotografie possono riprendere le città da quando compaiono all’orizzonte della ISS fino a quando le passano direttamente sotto fino a quando scompaiono nella direzione opposta.

Con queste fotografie sarà quindi possibile ricostruire la funzione di emissione delle diverse città.

Per ottenere dati utili devono essere soddisfatte alcune condizioni:

- le immagini non devono avere pixel saturi e devono registrare i tempi di esposizione (il diaframma dovrà rimanere costante);

- le immagini dovranno essere non compresse (es. in formato RAW o TIFF);

  • le immagini devono essere riprese in condizioni di trasparenza quanto più elevate possibile;
  • la trasparenza atmosferica (estinzione) dovrà essere nota lungo le direzioni di osservazione (anche mediante l’utilizzo di dati provenienti da altri satelliti oppure sfruttando la diversa estinzione nel rosso, verde e blu);
  • immagini di più passaggi sulle stesse città possono essere usate per affinare le misure;
  • occorre scegliere città non schermate da montagne (per l’Italia: Puglia, Val Padana);
  • le città dovrebbero essere abbastanza isolate, per facilitare lo studio del flusso proveniente solo dalla città in esame (per questo sono ideali le città dei deserti americani: es. Tucson e Flagstaff, con legg anti-inquinamento luminoso, Phoenix e Las Vegas, senza alcuna legge).

In attesa dei nuovi satelliti che verranno lanciati tra alcuni anni, la ISS può dare il suo fondamentale contributo allo studio dell’inquinamento luminoso. E non servono neppure nuovi fondi! Tutto è già a bordo della stazione e viene usato regolarmente per produrre delle immagini delle luci notturne delle città. Sfruttiamo questi dati a fini scientifici.

Fabio Falchi,

fisico, è presidente di CieloBuio e, oltre ad insegnare,
studia l’inquinamento luminoso come membro di ISTIL,
anche in collaborazione con la National Oceanic and Atmospheric Administration
e l’OPCC Cilena.

Articoli di Fabio Falchi su AstronomiaNova.

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