Quando l'astronauta americano Alfred Worden, chi era il pilota del modulo di comando per la missione lunare Apollo 15 nel 1971, gli fu chiesto cosa provasse in quel momento, ha risposto:"Ora so perché sono qui. Non per dare un'occhiata più da vicino alla luna, ma guardare indietro a casa nostra, la terra."

Queste parole hanno un interessante parallelismo con il lavoro svolto oggi, mentre gli scienziati guardano alla Luna per ottenere una comprensione accurata del tempo e del clima sulla Terra.

Necessità di precisione

EUMETSAT gestisce una flotta di satelliti per il monitoraggio meteorologico e climatico ed elabora e diffonde dati e prodotti dagli strumenti che trasportano a utenti come i Servizi meteorologici nazionali dei suoi Stati membri, ricercatori e agli utenti del programma faro dell'UE per l'ambiente, Copernico.

Questi utenti richiedono dati altamente accurati.

Lo scienziato del telerilevamento EUMETSAT responsabile della calibrazione delle bande visibili e del vicino infrarosso, il dott. Sébastien Wagner, ha affermato che, in caso di monitoraggio e rilevamento delle firme del cambiamento climatico, piccoli segnali radiometrici possono avere grandi implicazioni politiche. Per questo scopo, è fondamentale che gli strumenti dei satelliti siano calibrati con un'elevata precisione, idealmente entro pochi decimi di punto percentuale.

Poiché gli strumenti di bordo dei satelliti si degradano nel tempo, i cambiamenti reali sulla superficie terrestre devono essere distinti dai cambiamenti nella risposta di un sensore, ha detto Wagner.

Perché usare la Luna come bersaglio di calibrazione?

Caratteristiche tra cui la mancanza di atmosfera della Luna e la stabilità della superficie lunare le conferiscono una serie di vantaggi rispetto all'utilizzo di siti sulla Terra per calibrare gli strumenti nello spazio.

"La Luna è un bersaglio estremamente stabile e di cui si può davvero prevedere la sua illuminazione, "Ha detto Wagner. "Puoi modellare il segnale che verrà dalla Luna e questo ti dà la possibilità di monitorare il modo in cui i tuoi strumenti si stanno degradando con il tempo".

I cambiamenti di luminosità della Luna sono periodici e prevedibili, e può anche essere osservato da qualsiasi orbita terrestre, anche se alcune manovre potrebbero essere necessarie per i satelliti in orbita bassa.

Però, usare la Luna come bersaglio di calibrazione, è necessario un modello per prevederne la luminosità in qualsiasi condizione osservativa.

Il riferimento per la calibrazione lunare

Per sviluppare un tale modello, osservazioni continue del ciclo lunare, in condizioni di osservazione chiare, e la capacità di controllare nel tempo la calibrazione dei telescopi che effettuano le osservazioni, sono necessari.

L'United States Geological Survey (USGS) ha sviluppato il Robotic Lunar Observatory per supportare le missioni di osservazione della Terra della NASA, utilizzando due telescopi con 32 bande spettrali complessivamente per un periodo di circa otto anni. Questo modello USGS ROLO è lo standard attuale per la calibrazione lunare.

Fare un altro passo avanti verso l'utilizzo di un riferimento di calibrazione lunare comune e concordato basato sul modello USGS ROLO è stato uno sforzo internazionale.

Nel dicembre 2014, EUMETSAT ha ospitato un workshop che ha coinvolto 14 agenzie europee, America e Asia per lavorare verso un'implementazione comune del modello (la cosiddetta implementazione GSICS del modello ROLO, o GIRO), condividere competenze, fornire una versione validata e tracciabile del modello e, per la prima volta, generare un set di dati di riferimento per la convalida e i confronti, il Global Space-Based Inter-Calibration System (GSICS) Lunar Observation Dataset (GLOD).

Dati provenienti da almeno 30 strumenti di provenienza europea, I satelliti americani e asiatici sono stati forniti per il set di dati. Questi includono imager, come lo Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) di EUMETSAT, che fornisce dati cruciali per i modelli che ora trasmettono eventi meteorologici gravi, e strumenti che misurano il colore dell'oceano e gli aerosol, tra gli altri.

Sebbene EUMETSAT abbia assunto un ruolo importante nel progetto, continuando ad andare avanti e sviluppando il codice del software sorgente per il GIRO e raccogliendo i set di dati per il GLOD, il lavoro è stato un vero lavoro di squadra internazionale, ha detto Wagner.

Insieme, hanno sviluppato il GIRO, un riferimento internazionale concordato per la calibrazione lunare, riconducibile al modello USGS ROLO.

I vantaggi in pratica

Wagner ha affermato che uno dei principali vantaggi di questo approccio internazionale è stata la condivisione dei dati e la comprensione delle questioni relative alla calibrazione lunare. Con tutti i partner che hanno un riferimento concordato, il livello di incertezza in relazione ai dati può essere ridotto a livelli molto bassi.

A marzo 2017, una pietra miliare del progetto è stata raggiunta quando EUMETSAT ha messo a disposizione dei suoi partner internazionali il codice sorgente del GIRO e del GLOD.

L'analisi dei set di dati di osservazione risultanti sarà utilizzata per migliorare il modello di irradianza lunare. Questo sarà discusso in un seminario che si terrà a Xi'an, Cina nel novembre 2017, che mira a rispondere alle sempre più impegnative esigenze di calibrazione per la prossima generazione di strumenti satellitari.