Il radar è un sistema attivo che illumina la superficie terrestre e misura il segnale riflesso

I radar sono montati a bordo di aeri e satelliti, tra cui, per esempio, i satelliti ERS costruiti e lanciati dall’Agenzia spaziale europea ESA. Il radar montato a bordo ottiene immagini dettagliate della superficie della Terra.

Il radar è un sistema attivo, illumina cioè la superficie della Terra e misura il segnale riflesso. Di conseguenza le immagini si possono acquisire sia di giorno che di notte indipendentemente dall’illuminazione solare. Questo è particolarmente importante a latitudini elevate in cui la lunga notte polare impedisce del tutto ai satelliti tradizionali di ottenere dati per sei mesi all’anno. Inoltre i segnali radar penetrano con facilità le nubi rendendo quindi possibile l’acquisizione di immagini indipendentemente dalle condizioni meteo del momento.

Le immagini radiografiche sono simili alle fotografie ma la loro interpretazione è molto diversa! Vediamo in cosa consistono le differenze.

1. I radar sono sistemi attivi: la scena da "fotografare" è illuminata – non con la luce ma con segnali elettromagnetici in una lunghezza d’onda specifica delle microonde. Le immagini a microonde forniscono informazioni sulle proprietà geometriche e dielettriche della superficie o del volume oggetto di studio che dipendono principalmente dalla scabrosità di una superficie (vedere di seguito), dal tipo di materiale (per es. ferro, cemento, legno, materiale organico) e dal contenuto di umidità.

I satelliti sono in grado di montare sensori radar od ottici acquisendo vari tipi di immagine. Le immagini ottiche si distinguono da quelle radar perché non sono acquisibili durante la notte e quando il cielo è coperto da nubi.  
 

	mmagini radar a colori possono essere prodotti dalla combinazione di tre immagini singole in date diverse

2. Le immagini radar sono in bianco e nero dato che sono acquisite in un’unica lunghezza d’onda elettromagnetica di 5,3 cm.

Per produrre immagini radiografiche a colori occorre combinare tre singole immagini di date diverse (per es. a distanza di 35 giorni l’una dall’altra), ottenendo così un’immagine a composizione di colori multitemporale. Ogni singola data/immagine è visualizzata in uno dei tre colori usati per formare un’immagine a colori ossia il rosso, il verde e il blu. Le quantità diverse di colore in ogni data si combinano per produrre altri colori che si possono interpretare con l’ausilio di programmi per processare immagini.
 
 

Ciò che un radar 'vede' è diverso da ciò che i nostri occhi osservano

3. Ciò che un radar 'vede' è diverso da ciò che i nostri occhi sono in grado di osservare. Immaginate di essere in spiaggia e di guardare verso l’acqua. L’acqua può essere calma o ci possono essere onde (in base alla velocità del vento). Per il sensore, più la superficie dell’acqua è increspata, maggiore sarà la riflessione registrata dell’energia delle microonde e quindi l’acqua apparirà più chiara (più bianca) nell’immagine.

Una volta che il radar ha emesso un segnale a microonde, si misura l’energia con cui un oggetto riflette tale segnale. Questo procedimento è definito backscattering o retrodiffusione. Più il mare è increspato, maggiore è la retrodiffusione e quindi l’immagine apparirà più chiara (osservate le frecce verdi nella figura sopra, la loro dimensione indica la luminosità dell’immagine). Un mare calmo apparirà nero nell’immagine in bianco e nero, un mare ventoso o in tempesta apparirà di colore chiaro per effetto dell’altezza delle onde. Anche le navi appaiono come punti chiari perché sono in metallo e hanno molti angoli retti che riflettono l’energia delle microonde meglio dell’acqua. Ovviamente ci sono altri fattori coinvolti come vedremo in altri esercizi.
 
 

	Composizione dei colori della città di Bucarest, Romania

L’interpretazione delle immagini del suolo è praticamente simile. Le città sono superfici molto scabrose e appaiono generalmente molto chiare. Singole case sono visibili come punti di colore chiaro (elevata riflessione), se non sono edificate vicinissime l’una accanto all’altra (la seconda immagine sopra è un’immagine a composizione di colori della città di Bucarest, come appare dal radar montato a bordo del satellite ERS-1).
 
 

Human-made deforestation is seen as coloured rectangular areas. The city of Porto Velho (Brazil) is depicted in white.

Anche le foreste sono elementi che appaiono di colore chiaro con livelli di grigio abbastanza alti ed uniformi. Al contrario, il territorio a prato è costituito da superfici uniformi e quindi appare scuro nell’immagine radiografica (la figura a destra mostra parte della foresta amazzonica vicino al Rio Branco in Brasile; è riconoscibile anche la deforestazione provocata dall’uomo, nelle aree scure rettangolari).
 
 

	Immagine satellite radar di una superficie coltivata nei Paesi Bassi

Ancora più uniformi appaiono le piste e le grandi arterie che appaiono quasi di colore nero. La figura mostra un’immagine radiografica dal satellite di un’area coltivata nei Paesi Bassi, dove è chiaramente visibile una rete stradale negli elementi lineari di colore scuro. Ma si può anche identificare una riga fine luminosa nell’immagine. Riuscite ad indovinare di cosa si tratta? Ovviamente è una ferrovia, che essendo costruita in ferro riflette fortemente l’energia delle microonde.
 
 
Applicazioni delle immagini radar
 
Ma in concreto, i satelliti attrezzati con sistemi radar cosa sono in grado di fare?

I dati forniti da satellite dotato di sistema radar ci consentono di monitorare l’ambiente 24 ore su 24 con qualsiasi tempo, quando altri satelliti non sono in grado di funzionare.

Lungo la costa e in mare aperto possiamo utilizzare questi sistemi per individuare con largo anticipo perdite di petrolio prima che queste raggiungano la costa. In acque basse i dati radar mostrano le correnti marine. Ciò consente di rilevare cartograficamente i pericolosi banchi di sabbia nascosti e di produrre grafici della topografia del fondo marino.
 
 
I satelliti inoltre ci consentono di misurare le onde marine (di grande utilità per le previsioni meteorologiche) e di guidare le navi in sicurezza e con minore dispendio economico nel loro viaggio.

Analogamente, gli ingegneri delle piattaforme di trivellazione petrolifera necessitano di queste informazioni in primo luogo per progettare i lavori di costruzione ed in seguito durante il funzionamento dell’impianto, come ulteriore salvaguardia dell’incolumità delle decine di persone che lavorano su queste isole artificiali nel mezzo di un mare a volte in tempesta.

I dati radar dai satelliti sono anche molto apprezzati dalle navi rompighiaccio nel loro percorso attraverso il ghiaccio del mare Artico o Antartico. Esse si servono delle immagini fornite dal satellite per individuare un percorso ottimale che eviti pericolosi strati di ghiaccio più spessi, in grado di intrappolare la nave – anche di notte o nella nebbia.
 
 
Sulla terra ferma, i dati radar servono per monitorare le inondazioni e si possono utilizzare in operazioni di soccorso (ovviamente, le inondazioni si verificano di solito con condizioni di forte pioggia, quando le nubi impediscono di condurre rilievi sia agli altri satelliti sia agli aerei).

Le aree ad alto rischio di frane, terremoti e persino eruzioni vulcaniche possono essere monitorate con speciali tecniche (come l’interferometria), che consentono di misurare piccoli movimenti della Terra. Tali misurazioni servono a segnalare possibili situazioni di allarme. Con una tecnica simile si possono creare anche delle cartine digitali dai dati del satellite.
 
 

	Deforestazione

Ai Tropici il cielo è molto spesso nuvoloso e quindi solo i satelliti dotati di sistemi radar sono in grado di produrre immagini della superficie del pianeta. In agricoltura, e soprattutto nelle stime della produzione di riso, sono spesso utilizzate immagini dai satelliti dotati di sistemi radar. I campi infatti sono chiaramente visibili su un’immagine e ciò consente di misurarne le dimensioni per poi stimare la quantità di riso ricavabile.

Per proteggere, ma anche per sfruttare la foresta in modo sostenibile, il rilevamento con apparecchi radar è fondamentale. I satelliti sono in grado di individuare piccole aree disboscate e quindi di monitorare ogni attività di abbattimento commerciale di alberi e di deforestazione.

Per concludere, i satelliti dotati di sistemi radar come i satelliti ERS ed ENVISAT aiutano non solo a comprendere, ma anche a proteggere l’ambiente sia su scala globale che su scala locale.