Lo scienziato dello strumento della NASA Bryan Blair aveva appena finito di scrivere il software di volo per l'altimetro laser Mars Orbiter dell'agenzia, o MOLA, quando fu invitato nel 1991 a pilotare uno strumento lidar a bordo di un aereo da ricerca P-3 per testare nuove tecniche lidar sulle calotte glaciali in Groenlandia. In viaggio, ha raccolto misurazioni di aree boschive nello stato di New York. Quello che ha scoperto nei dati lo ha sbalordito, risultando in una ricerca di 27 anni per costruire un lidar spaziale per misurare le foreste.

Quello strumento, la Global Ecosystems Dynamics Investigation, o GEDI:ora sta raccogliendo dati come carico utile collegato al modulo sperimentale giapponese, la più grande struttura scientifica sulla Stazione Spaziale Internazionale. Si prevede di raccogliere dati per almeno due anni.

"Stavamo sparando laser sulle foreste e quello che abbiamo visto era pazzesco, risultati complicati nei segnali che tornavano indicando forse la struttura dei boschi sottostanti, " ha ricordato Blair, il vice investigatore principale del GEDI presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.

Il volo e la scoperta dell'aereo gli hanno fatto pensare:potrebbe illuminare il rilevamento e la distanza, o lidar, la tecnica che gli scienziati hanno usato per mappare la sterile topografia marziana con MOLA, essere ugualmente efficace nel mappare le foreste? Usando i fondi per la ricerca e lo sviluppo ha messo insieme da vari programmi di ricerca e sviluppo della NASA, ha avanzato un'idea innovativa nella prima missione in assoluto dedicata a fornire viste tridimensionali delle foreste e dettagli sul ruolo delle foreste nel ciclo del carbonio.

"I quasi tre decenni di sviluppo di GEDI sono una testimonianza del valore della ricerca e dello sviluppo, che spesso trasforma le "idee folli" in strumenti. Sottolinea anche l'importanza di concepire un'idea, costruire un prototipo, testare lo strumento, e, come nel caso di GEDI, costruire prima uno strumento aereo per finalizzare la tecnica di misurazione e le tecnologie necessarie, " ha detto il capo tecnologo di Goddard Peter Hughes. "GEDI è un poster per quello che può accadere quando la NASA investe in buone idee".

Tecnologie innovative abilitano GEDI

Guidato dal professore dell'Università del Maryland Ralph Dubayah, GEDI, pronunciato Jedi, come nella fama di Star Wars, svolge il suo lavoro con diverse tecnologie innovative. Al centro delle capacità di GEDI è il suo trio di laser specializzati che inviano raggi laser verso la Terra dove penetrano nelle foreste e rimbalzano su tutto ciò che colpiscono, che possono essere foglie in cima a una fitta chioma, rami sporgenti, e, infine, il terreno da cui emerge il bosco. Il suo telescopio di bordo riceve quindi i segnali riflessi che contrassegnano il tempo che impiegano per tornare.

Però, GEDI, che il programma Earth Venture della NASA ha selezionato per lo sviluppo quattro anni fa, fa di più. A differenza di molti altri strumenti lidar volati nello spazio, GEDI utilizza la cosiddetta tecnica di misurazione basata sulla forma d'onda che analizza la forma del segnale luminoso restituito, non solo il tempo impiegato per tornare. La forma d'onda rivela la distribuzione delle superfici sopra il terreno, rendendolo particolarmente utile per misurare la densità e la struttura di alberi e vegetazione, e persino la struttura di foglie e rami all'interno della volta di una foresta.

Perciò, consente agli scienziati di ottenere la struttura tridimensionale della vegetazione dallo spazio. Queste informazioni sono utili per mappare l'habitat della fauna selvatica, biodiversità, così come la quantità di biomassa e carbonio immagazzinata nella vegetazione.

L'1, Anche il GEDI da 160 libbre si siede su un gimbal, e quindi, è attivamente puntato su specifiche tracce di terra sulla Terra sottostante. Per dargli una visione ancora più ampia della superficie, GEDI utilizza ottiche sofisticate che dividono i tre raggi laser in otto tracce a terra:due dei laser generano due tracce a terra ciascuno, e il terzo ne genera quattro. Insieme, queste tecnologie consentono a GEDI di campionare tutti i terreni compresi tra 51,6 gradi di latitudine nord e 51,6 gradi di latitudine sud coprendo foreste temperate e tropicali.

"Senza il sistema di puntamento, ci sarebbe voluto il triplo del tempo per completare la copertura di cui abbiamo bisogno, " ha spiegato Blair.

LVIS:l'essenziale esploratore

Blair sottolinea che GEDI non sarebbe stato possibile senza il suo predecessore, uno strumento aeronautico chiamato Land, Sensore di vegetazione e ghiaccio, o LVIS, che Blair ha iniziato a volare alla fine degli anni '90, pochi anni dopo aver concepito il concetto di strumento. Da allora, LVIS è diventato una sorta di pilastro per misurazioni più localizzate. Oltre alla mappatura delle foreste, LVIS ha misurato le calotte glaciali.

LVIS non solo ha fornito dati mai ottenuti prima sulle chiome forestali, ha creato una comunità di utenti di dati che hanno familiarità con la tecnica di misurazione e la sua utilità, una comunità che farà uso delle misurazioni più globali di GEDI nei prossimi mesi, ha detto Blair. "Senza questa comunità di utenti già consolidata, sarebbe stato più difficile far finanziare la missione, " Egli ha detto.

"Abbiamo aperto la strada a questa missione a Goddard, " Blair ha aggiunto. "Non avremmo potuto realizzare questo senza il supporto di Goddard e della Divisione di Scienze della Terra del quartier generale della NASA nel corso degli anni. Questo è uno strumento nostrano basato su una tecnica di misurazione nostrana."