HORIZONTES. Paisajes futuros de la investigación. Muy pronto se dispondrá de un registro completo a escala global de la salinidad de los océanos. SMOS es la primera misión espacial con esta finalidad y cuenta con la participación de investigadores del Instituto de Ciencias del Mar (CSIC). Los datos que se obtengan permitirán, entre otras cosas, realizar previsiones esmeradas del futuro escenario climático.
El proyecto SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) es la primera misión espacial que proporcionará medidas sistemáticas a escala global de la humedad del suelo y de la salinidad superficial del mar. Estos dos parámetros están muy ligados al ciclo del agua, a los recursos hídricos y al clima; y las medidas tomadas hasta ahora -desde la Tierra- son bastante incompletas. Disponer de los datos de SMOS significa no sólo llenar el vacío existente sino que a partir de ahora se podrán hacer predicciones más realistas del clima y de los procesos hidrológicos.
SMOS es una iniciativa de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) y de varias instituciones europeas de investigación, entre las que destacan el Instituto de Ciencias del Mar (CSIC) y la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC). Las dos instituciones catalanas han establecido conjuntamente el Centro Experto SMOS que se encarga de desarrollar los algoritmos que permitirán procesar y validar los datos que se obtengan a partir del momento en que se lance el satélite, que será el próximo mes de noviembre.
Medir la mar salada
Decir que la mar es salada seguramente es una obviedad. Pero decir que el Mar Muerto es más salado que el Mediterráneo y que éste lo es más que el Océano Atlántico ya es destacar que los mares no son todos igual de salados. De hecho, es hablar comparativamente, sea por experiencia propia o ajena, del contenido de sal de los diferentes mares. Para saber cómo es de salado un mar hace falta medir su contenido de sales disueltas.
La salinidad es el parámetro que da el contenido de sal en el mar, en gramos por litro (g/l). Por término medio, la salinidad de los océanos es de 35 g/l. El Mar Mediterráneo tiene una salinidad por encima de la media (unos 38) mientras que el Mar Muerto, un caso muy excepcional, llega a 300 y el Océano Ártico, el menos salado, tiene una salinidad alrededor de 30. Estos valores se han obtenido gracias a boyas o barcos oceanográficos que han permitido dibujar un mapa aproximado de distribución de salinidades. Ahora, resulta bastante incompleto porque deja muchos espacios en blanco y las medidas no son repetitivas.
La salinidad, junto con la temperatura, determina la densidad de las aguas. Una salinidad alta hace que el agua de mar sea más densa mientras que una temperatura alta hace que sea menos densa. El juego entre temperatura y salinidad determina la densidad de una masa de agua y las diferencias de densidad entre diferentes aguas provoca el movimiento de las corrientes marinas. A la vez, estas últimas tienen una gran influencia en la variabilidad climática. Hay que tener en cuenta, también, que en los océanos se produce el 86% de la evaporación y el 78% de la precipitación del planeta. Estos procesos hacen aumentar o disminuir la salinidad superficial del mar, que después se transmite a las capas más profundas.
“SMOS permitirá conocer con mucho más detalle las variaciones anuales e interanuales de la distribución de la salinidad a escala global y, por lo tanto, comprender el papel del océano en el sistema climático, el cual es regulado por las corrientes marinas y los flujos entre la atmósfera y el océano”, explica Jordi Font, investigador del Instituto de Ciencias del Mar y codirector científico de la misión.
Una tecnología inédita
La gran innovación del proyecto SMOS es la incorporación del interferómetro MIRAS (Microwave Imaging Radiometer with Aperture Synthesis), un instrumento que incorpora una tecnología inédita en el espacio, que ha permitido superar las dificultades que hasta ahora había planteado la detección remota de la salinidad. Hasta hace poco, colocar en un satélite una antena para captar la radiación de microondas, emitida por la Tierra, con la resolución necesaria para realizar estudios oceanográficos, implicaba unas dimensiones enormes para el instrumento que no resultaban viables.
MIRAS ha resuelto las cuestiones de resolución y de medida gracias a un diseño singular y a un nuevo concepto tecnológico basado en la interferometría. Hay que destacar que MIRAS, desarrollado en la ESA con una contribución muy importante de la UPC, ha sido construido por EADS-CASA Espacio y, por lo tanto, SMOS constituye la primera misión espacial de la ESA con un fuerte liderazgo científico y tecnológico español.
MIRAS consiste en un cuerpo central hexagonal -de poco más de un metro de lado- del que salen tres brazos desplegables que quedan dispuestos en forma de Y, en el mismo plano. Cada brazo tiene unos 4 metros de longitud y está dispuesto a una distancia de 120º con respecto a los otros dos. Una vez en su órbita, el despliegue de los brazos se efectuará en unos tres minutos. A lo largo del cuerpo y de los brazos, MIRAS presenta distribuidos 69 sensores que funcionan como si fueran una gran antena. Esta idea está basada en la tecnología que se utiliza en radio astronomía para estudiar las galaxias lejanas y no se había utilizado nunca en teledetección para estudiar la Tierra.
Gracias al diseño del instrumento, se consigue que, en cada punto de la órbita, el satélite obtenga las medidas cruzadas de todas las parejas de antenas posibles, por interferometría. De este modo la resolución final que se obtendrá será suficientemente alta. Des de una altura aproximada de 750 kilómetros (km), SMOS rastreará escenas hexagonales de la Tierra, de 1.000 Km de través, y proporcionará un mapa completo de toda la superficie terrestre en 3 días. El análisis de datos, una vez el satélite se ponga en funcionamiento lo llevará a cabo el equipo que dirigen Jordi Font (CSIC) y Francesc Torres (UPC) en el Centro Experto SMOS en Barcelona (convenio CSIC-UPC) desde el año 2007.
La salinidad desde el espacio
Los sensores de MIRAS permiten captar la radiación de 1,4 GHz que emite la superficie de la Tierra, que es la óptima en cuanto a sensibilidad de la salinidad y de la humedad del suelo. A esta frecuencia, dentro de la denominada banda L de microondas en la que la atmósfera es prácticamente invisible para las radiaciones, está prohibido hacer emisiones artificiales para no interferir con las observaciones.
La radiación que capta el sensor no es una expresión directa de la salinidad, o de la humedad del suelo. Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética en un espectro de frecuencias que es función de la temperatura física del cuerpo emisor. Lo que vendría a detectar SMOS, aun cuando en realidad sea bastante más complejo, son las diferencias en la emisión que presenta la superficie de los océanos con respecto la que presentaría el agua pura. Estas diferencias tienen que ver con las propiedades eléctricas del agua y, estas sí, se pueden relacionar con la salinidad.
El Centro Experto SMOS de Barcelona trabaja en optimizar toda la parte matemática para efectuar estas conversiones e introducir las variables meteorológicas y astronómicas que puedan interferir en las medidas. Además, se ha encargado de la calibración del instrumento que minimiza el margen de error y garantiza que las medidas de todos los sensores serán válidas.
Queda muy poco tiempo para ver SMOS en funcionamiento y para que se empiece a dibujar un mapa completo de la salinidad global de los océanos. El próximo 2 de noviembre se lanzará, desde la base de Plesetsk, al norte de Rusia, el cohete que llevará el satélite a unos 750 km de distancia de la Tierra. Este otoño, pues, habrá que estar atento a este gran acontecimiento.
SMOS es la primera misión espacial de la ESA con un fuerte liderazgo científico y tecnológico español
“SMOS permitirá comprender el papel del océano en el clima”
En noviembre se lanzará el cohete que llevará a SMOS a unos 750 kilómetros de la Tierra
Laura Valls
Unidad de comunicación científica.
Delegación del CSIC en Cataluña
