Le correnti e i venti oceanici formano un ciclo di feedback infinito:i venti soffiano sulla superficie dell'oceano, creando correnti lì. Allo stesso tempo, l'acqua calda o fredda in queste correnti influenza la velocità del vento.

Questa danza delicata è fondamentale per comprendere il cambiamento climatico della Terra. La raccolta di dati su questa interazione può anche aiutare le persone a tenere traccia delle fuoriuscite di petrolio, pianificare rotte di navigazione e comprendere la produttività degli oceani in relazione alla pesca.

Esistono già strumenti che misurano le correnti oceaniche, e altri che misurano il vento, come QuickScat e RapidScat della NASA. Ma un nuovo, strumento radar aereo sviluppato dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, è in grado di misurare entrambi.

Chiamato DopplerScat, lo strumento è un radar rotante che "segna" la superficie dell'oceano, permettendogli di effettuare misurazioni da più direzioni contemporaneamente. È un passo avanti rispetto alla tecnologia precedente, che potrebbe misurare contemporaneamente corrente da una o due direzioni al massimo, e non poteva misurare le proprietà della superficie del mare in modo così completo come questo nuovo strumento.

Queste misurazioni renderebbero DopplerScat una preziosa aggiunta alle future missioni satellitari, disse Ernesto Rodriguez, capo scientifico per lo strumento al JPL.

"DopplerScatt ci offre un'osservazione simultanea senza precedenti di vento e correnti, " ha detto Rodriguez. "Poiché combina le osservazioni della superficie su un'ampia area, ora possiamo scattare un'istantanea ad alta risoluzione dell'oceano e dell'atmosfera interagenti non disponibili dagli strumenti precedenti".

DopplerScatt è stato sviluppato al JPL con il finanziamento dell'Earth Science Technology Office della NASA. Come con la pistola ad alta velocità di un agente di polizia stradale, calcola l'effetto Doppler di un segnale radar che rimbalza su un oggetto. Quando quell'oggetto si avvicina o si allontana, rileva questi cambiamenti e ne calcola la velocità e la traiettoria. Queste misurazioni sono combinate con i dati di uno scatterometro, che rileva la riflessione del segnale radar dalla superficie dell'oceano. Più "disperso" il radar osserva, più ruvide le onde. Dalla ruvidità e dall'orientamento delle onde, è possibile calcolare la velocità e la direzione del vento.

Sebbene fosse stato testato in due siti sul campo nel 2016, DopplerScatt ha trovato il suo terreno di prova ideale lo scorso aprile, quando il team di DopplerScatt si è unito a diverse agenzie che conducono ricerche scientifiche al largo della costa del Golfo degli Stati Uniti.

L'iniziativa, chiamata campagna Submesoscale Processes and Lagrangian Analysis on the Shelf (SPLASH), si è concentrato sul monitoraggio delle perdite e delle perdite di petrolio. È stato guidato dal Consorzio per la ricerca avanzata sul trasporto di idrocarburi nell'ambiente (CARTHE), un team di ricerca che si concentra su come queste perdite influenzano l'ambiente.

SPLASH è stato progettato per osservare come il petrolio si sposta nel Golfo del Messico, atterrare sulle spiagge o compromettere la qualità dell'acqua alla foce del fiume Mississippi. La ricerca del team CARTHE si è basata su "drifters", galleggianti a forma di ciambella con unità GPS attaccate.

Il Laboratorio di Ricerca Navale degli Stati Uniti, un membro del team CARTHE, ha fornito modelli al computer ad alta risoluzione per prevedere le correnti e dove sarebbero andati i vagabondi.

Entra nel team DopplerScatt di JPL. Rodriguez e il Principal Investigator Dragana Perkovic-Martin hanno visto l'opportunità di dimostrare il valore della tecnologia JPL. Insieme, i drifter e la modellazione potrebbero fornire una convalida indipendente delle misurazioni di DopplerScatt, pur offrendo il proprio set di dati unico.

I drifter sono limitati in quanto raccolgono solo dati sull'oceano, e farlo nelle regioni sparse nel corso dei giorni. DopplerScatt, fissato al fondo di un aereo King Air B200, ha raccolto dati sull'oceano e sul vento su vaste aree in un solo sorvolo. Ha dipinto un quadro su larga scala convalidando anche i modelli informatici della Marina.

"In pratica è stata la prima convalida su larga scala che abbiamo fatto, " Perkovic-Martin ha detto. "Il team CARTHE ha utilizzato i nostri dati per decidere dove posizionare i propri drifter. Nel futuro, useremo i loro dati e loro useranno i nostri per migliorare la modellazione."

"Siamo stati in grado di studiare il vento e la corrente in tutte le direzioni su 16 miglia (25 chilometri), " ha detto Rodriguez. "Se si scala questo fino allo spazio, invece di coprire la Terra una volta alla settimana, possiamo coprirlo una volta al giorno."

Questo tipo di accuratezza offre più di un semplice monitoraggio in tempo reale dei disastri ambientali, come fuoriuscite di petrolio. Potrebbe portare a previsioni migliori su dove andrà alla deriva il petrolio e quali regioni costiere sono più a rischio. Più fondamentalmente, potrebbe aumentare la nostra comprensione di importanti meccanismi che governano il tempo e il clima della Terra.

Potrebbe anche avvantaggiare le rotte marittime, che si basano in gran parte sulle misurazioni correnti delle boe.

"La capacità di mappare le correnti di una regione costiera in alta risoluzione sarebbe fondamentale per aree come l'Alaska, dove le correnti al largo di una costa frastagliata sono forti e cambiano rapidamente, " ha detto Rodriguez.

Ora che lo strumento è stato convalidato, Perkovic-Martin ha detto, DopplerScatt è disponibile per l'uso nelle future missioni scientifiche aeree della NASA.

QuickScat lanciato nel 1999. Nonostante un guasto parziale dello strumento nel 2009, continua a fornire dati di calibrazione ai partner internazionali delle missioni satellitari dello scatterometro. RapidScat ha concluso con successo due anni di monitoraggio del vento oceanico a bordo della Stazione Spaziale Internazionale nel 2016.