L’agenzia spaziale italiana parteciperà alla missione MAIA della NASA
Prima della fine del 2024 verrà lanciata a bordo di un Vega-C una missione di osservazione terrestre incentrata sullo studio della qualità dell’aria in alcune città di tutto il mondo. Si chiamerà MAIA (Multi-Angle Imager for Aerosols) e sarà frutto di una collaborazione tra l’agenzia spaziale italiana ASI e quella americana NASA: il contributo della prima sarà relativo alla fornitura del satellite PLATiNO-2 (mini Piattaforma spaziaLe ad Alta TecNOlogia), mentre la seconda costruirà uno strumento scientifico presso gli stabilimenti del Jet Propulsion Laboratory (JPL) di Pasadena, in California.
Obiettivi scientifici della missione
Come detto, MAIA studierà l’influenza sulla salute delle persone dei diversi costituenti inquinanti dell’aria. Tra questi figurano il l’anidride carbonica, che si forma dalla combustione di carburanti o di legname; la polvere dei minerali, che proviene dal suolo o dalla sabbia; o altri composti come solfati e nitrati, che si formano tramite reazioni chimiche tra gas diversi in atmosfera.
Sebbene negli ultimi anni il tema del rapporto tra salute e inquinamento atmosferico abbia acquisito sempre maggior importanza (nel 2022 su Pubmed, sito di ricerca e archiviazione di paper scientifici a tema medico, sono stati pubblicati oltre 2000 articoli sul tema), MAIA cercherà di fornire un ulteriore contributo per individuare i tipi di particelle più pericolosi. Il focus della missione sarà su diverse scale temporali, a partire da quella nel breve termine (eventi asmatici o morti premature), nel lungo termine (problemi cardiaci, infarti e cancro ai polmoni), e durante la gravidanza, (aumento della pressione e minor peso alla nascita dei bambini partoriti). I dati forniti da MAIA saranno in grado di stimare il fattore di rischio di ogni malattia, il cui significato è rappresentare la propensione allo sviluppo di tale patologia rispetto alla popolazione non esposta: un fattore di rischio di 1,25 significa il 25% di probabilità in più di contrarre una determinata malattia.
Ai tre obiettivi principali si aggiunge quello secondario riguardante la raccolta di dati sulla qualità dell’aria e sul clima in alcune città particolarmente colpite da inquinamento oppure in aree in cui ci siano stati eventi naturali come ampi incendi o eruzioni vulcaniche.
Una particolarità significativa di questa missione è il coinvolgimento, per la prima volta, di esperti di epidemiologia, che hanno contribuito a delineare e ottimizzare le caratteristiche della missione.
Aree di studio
I criteri per la selezione delle aree metropolitane richiedevano che ogni città candidata a essere osservata avesse un sufficiente numero di abitanti, in modo da rendere statisticamente significative le ricerche svolte, e di stazioni di rilevamento a terra, per convertire la profondità ottica misurata degli aerosol in quantità di particolato. Oltre a questi principali requisiti era necessario che la città fosse anche osservabile fisicamente, sia in termini di orbita che in termini di assenza di copertura nuvolosa per la maggior parte dell’anno. Ad ora sono stati individuati undici centri abitati che soddisfano le caratteristiche appena elencate: Los Angeles, Boston e Atlanta negli Stati Uniti d’America, Barcellona in Spagna, Roma in Italia, Johannesburg in Sudafrica, Tel Aviv in Israele, Addis Abeba in Etiopia, Deli in India, Pechino in Cina e Taipei a Taiwan.
A queste si vanno ad aggiungere altre 31 città di interesse per gli scienziati, ma per le quali non è richiesto che MAIA produca dati da utilizzare per le ricerche, e poco meno di una decina di centri abitati che verranno osservati periodicamente e che fungeranno da calibratori e validatori per gli strumenti e i dati prodotti.
Analisi dei dati
Tutti i dati prodotti verranno poi combinati con altri, come ad esempio quelli provenienti da terra o da modelli simulati al computer e i cui risultati verranno usati per generare delle mappe sulla concentrazione di polveri sottili nelle aree di primario interesse. I dati grezzi che verranno raccolti vengono prima convertiti per ottenere la luminosità (più propriamente la radianza, ovvero la quantità di energia emessa per angolo solido e metro quadro). Successivamente, attraverso una serie di equazioni, viene calcolata la profondità ottica degli aerosol (AOD, aerosol optical depth), che rappresenta la frazione di luce solare bloccata dalle particelle in atmosfera. Questi ultimi dati prodotti, relativi a tutta la colonna d’aria sopra la città, verranno combinati con le misurazioni effettuate a Terra dalle stazioni di rilevamento, con l’intento ultimo di produrre delle mappe di polveri sottili.
Ad oggi quest’ultime sono prodotte analizzando in laboratorio il contenuto dei filtri di aspirazione delle centrali di monitoraggio, un’operazione che, seppur temporalmente dispendiosa, permette di calcolare la frazione di ogni componente sul totale. Altre centrali misurano complessivamente solamente il totale di particolato presente, risultando più veloci ma meno precise sulla composizione. Nonostante quindi rimangano il metodo più accurato per l’analisi dell’aria, è necessaria una grande quantità di stazioni per coprire l’intera area della città: per questo motivo missioni come MAIA possono risultare complementari ai dati raccolti e fornire aiuto nel monitoraggio.
Il satellite
Come detto in apertura, lo strumento sarà ospitato a bordo della piattaforma italiana PLATiNO e conterrà un sensore in grado di analizzare la luce con l’ausilio di quattordici diversi filtri, dall’ultravioletto al lontano infrarosso: la scelta di questo range spettrale è dovuta al fatto che le polveri sottili tendono a disperdere la luce a lunghezze d’onda comparabili con la loro dimensione. Nel vicino infrarosso si potranno studiare le particelle più piccole, come i PM2.5, mentre nel lontano infrarosso quelle più grandi, come ceneri vulcaniche e polveri. Gli ultravioletti sono invece sensibili all’assorbimento della luce da parte di particelle che contengono particolari minerali o materiali organici. Gli strumenti di MAIA saranno in grado quindi di caratterizzare le proprietà fisiche come dimensione, forma e capacità di assorbimento o riflessione della luce solare.
MAIA verrà posizionato in un’orbita polare eliosincrona, che permette il passaggio all’equatore alla stessa ora locale e quindi una maggior omogeneità nella raccolta e comparazione dei dati ottenuti. La missione avrà una vita utile prevista di tre anni.
Fonti: NASA JPL – MAIA mission page
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