NISAR, cuyo lanzamiento está previsto para marzo de 2025, utilizará una técnica llamada radar de apertura sintética que producirá mapas increíblemente detallados de los cambios en la superficie de nuestro planeta.
Cuando la NASA y la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO, por sus siglas en inglés) lancen el nuevo satélite terrestre Radar de Apertura Sintética de NASA-ISRO (NISAR, por sus siglas en inglés), este captará imágenes tan detalladas de la superficie de la Tierra que mostrarán la medida en que se desplazan pequeñas parcelas de tierra y hielo, midiendo este movimiento hasta fracciones de pulgada. Al generar imágenes de casi todas las superficies sólidas de la Tierra dos veces cada 12 días, NISAR observará la flexión de la corteza terrestre antes y después de desastres naturales como terremotos; monitoreará el desplazamiento de los glaciares y los mantos de hielo; y hará un seguimiento de los cambios en los ecosistemas, incluyendo el crecimiento de los bosques y la deforestación.
Las extraordinarias capacidades de esta misión provienen de la técnica que se menciona en su nombre: el radar de apertura sintética (SAR, por sus siglas en inglés). Iniciado por la NASA, pionera en su uso en el espacio, el SAR combina diferentes mediciones, tomadas mientras el radar vuela directamente sobre la superficie, para afinar el enfoque del paisaje observado abajo. El SAR funciona como un radar convencional, el cual utiliza microondas para detectar superficies y objetos lejanos, pero intensifica el procesamiento de datos para revelar propiedades y características en alta resolución.
Para obtener tales detalles sin emplear el SAR, los satélites de radar necesitarían antenas demasiado grandes para poder ser lanzadas en órbita, y mucho menos para funcionar. Con un ancho de 12 metros (39 pies) cuando está desplegado, el reflector de la antena de radar de NISAR es tan ancho como la longitud de un autobús urbano. Sin embargo, tendría que tener 19 kilómetros (12 millas) de diámetro para que el instrumento de banda L de la misión, utilizando técnicas de radar tradicionales, pudiera tomar imágenes pixeladas de la Tierra de hasta 10 metros (30 pies) de ancho.
El radar de apertura sintética “nos permite refinar las observaciones con mucha precisión”, dijo Charles Elachi, quien dirigió las misiones de la NASA para el SAR desde el espacio antes de desempeñarse como director del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL, por sus siglas en inglés) en el sur de California de 2001 a 2016. “La misión NISAR abrirá un campo completamente nuevo para aprender sobre nuestro planeta visto como un sistema dinámico”.
Cómo funciona el SAR
Elachi llegó al JPL en 1971 después de graduarse de Caltech, uniéndose a un grupo de ingenieros que desarrollaban un radar para estudiar la superficie de Venus. Entonces, como ahora, el atractivo del radar era simple: podía recopilar mediciones día y noche y ver a través de las nubes. El trabajo del equipo condujo a la misión Magallanes a Venus en 1989 y a varias misiones de radar del transbordador espacial de la NASA.
Un radar en órbita funciona según los mismos principios que uno que rastrea aviones desde un aeropuerto. La antena espacial emite pulsos de microondas hacia la Tierra. Cuando los pulsos chocan contra algo —un cono volcánico, por ejemplo—, se dispersan. La antena recibe esas señales que rebotan como un eco en el instrumento, el cual mide su intensidad, el cambio de frecuencia, el tiempo que tardaron en regresar y si rebotaron en varias superficies, como edificios.
Esta información puede ayudar a detectar la presencia de un objeto o superficie, su distancia y su velocidad, pero la resolución es demasiado baja para generar una imagen nítida. Concebido por primera vez en Goodyear Aircraft Corp. en 1952, el SAR aborda ese problema.
“Esta es una técnica para crear imágenes de alta resolución a partir de un sistema de baja resolución”, dijo Paul Rosen, científico del proyecto NISAR en el JPL.
A medida que el radar viaja, su antena transmite microondas continuamente y recibe ecos de la superficie. Debido a que el instrumento se mueve en relación con la Tierra, hay ligeros cambios en la frecuencia de las señales de retorno. Denominado efecto Doppler, este es el mismo efecto que hace que el tono de una sirena aumente y se haga más alto cuando se acerca un camión de bomberos y luego baje cuando el camión se aleja.
El procesamiento informático de esas señales es como la lente de una cámara que redirige y enfoca la luz para producir una fotografía nítida. Con el SAR, la trayectoria de la nave espacial forma la “lente” y el procesamiento se ajusta a los cambios del efecto Doppler, lo que permite que los ecos se agreguen en una sola imagen enfocada.
Utilización del SAR
Un tipo de visualización basada en el SAR es un interferograma, el cual es una composición de dos imágenes tomadas en momentos diferentes que revela sus diferencias midiendo el cambio en el retraso de los ecos. Aunque puedan parecer arte moderno para el ojo inexperto, las bandas concéntricas multicolores de los interferogramas muestran en qué medida se han desplazado las superficies terrestres: cuanto más cerca estén las bandas, mayor será el movimiento. Los sismólogos utilizan estas visualizaciones para medir la deformación del terreno a causa de los terremotos.
Otro tipo de análisis del SAR, llamado polarimetría, mide la orientación vertical u horizontal de las ondas de retorno en relación con la orientación de las señales transmitidas. Las ondas que rebotan en estructuras lineales, como edificios, tienden a regresar en la misma orientación, mientras que las que rebotan en características irregulares, como las copas de los árboles, regresan en otra orientación. Al cartografiar las diferencias y la intensidad de las señales de retorno, los investigadores pueden identificar la cubierta terrestre de una zona, lo cual sirve para estudiar la deforestación y las inundaciones.
Estos análisis son ejemplos de las formas en que NISAR ayudará a los investigadores a comprender mejor los procesos que afectan a miles de millones de vidas.
“Esta misión incluye una amplia gama de investigaciones científicas hacia el objetivo común de estudiar nuestro planeta cambiante y los impactos de los peligros naturales”, dijo Deepak Putrevu, colíder del equipo científico de ISRO en el Centro de Aplicaciones Espaciales en Ahmedabad, India.
Aprende más sobre NISAR visitando el sitio web (en inglés):
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