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Le misurazioni laser della neve che si ispirano alle formiche

Misurare la profondità e la distribuzione della neve è fondamentale per monitorare lo stato di salute della Terra. La NASA lo fa dallo spazio con il suo satellite ICESat-2, dotato di vari sensori laser. Recentemente un gruppo di ricercatori ha ideato una nuova tecnica di misurazione, ispirata dalle formiche, che permetterà di utilizzare questi laser per misurare con precisione la profondità delle neve. Proviamo a capirla assieme.

Neve, laser e formiche per un algoritmo di misurazione

Il punto di partenza è il funzionamento dei sensori laser a bordo di ICESat-2. Si tratta infatti di lidar, ovvero radar basati sulla luce. Il sensore spara un raggio di luce laser, che colpisce il bersaglio, rimbalza indietro e viene collezionato di nuovo dal sensore. In base al tempo impiegato per andare e tornare, anche detto tempo di volo, il lidar è in grado di misurare la distanza percorsa e quindi la conformazione della superficie bersaglio.

ICESat 2

Il processo è semplice per bersagli solidi e opachi, come la cima di una montagna. Le cose non sono così scontate invece per quanto riguarda una superficie innevata. I fotoni penetrano la neve, e ad un certo punto rimbalzano, su uno degli strati di neve o sul “fondo” (il terreno sotto la neve) e tornano indietro. Alcuni addirittura rimbalzano diverse volte avanti e indietro prima di riemergere. Il tempo che ci mettono ad andare e tornare nella neve non è quindi sempre uguale, e non è scontato calcolare dal tempo di volo la profondità della neve. Un dato che però è importante sapere, per capire le quantità di acqua dolce disponibili e lo stato di salute delle regioni nevose.

Insetti ispiratori

In questo frangente entrano in gioco le formiche. Una singola formica non è prevedibile nel suo spostarsi all’interno del formicaio. Osservando un’intera colonia diventa però abbastanza facile calcolare il tempo medio passato da una formica sottoterra prima di tornare in superficie.

Come osservato dal fisico NASA Yongxiang Hu nel suo studio, può essere tracciato un parallelo tra questo comportamento e quello dei fotoni che viaggiano attraverso il manto nevoso, che in media è ugualmente prevedibile, almeno applicando una formula analoga a quella derivata per le formiche.

L’ipotesi è stata verificata confrontando le misurazioni così ottenute con quelle fatte con un radar montato su un aeroplano. La buona notizia è che le misurazioni lidar di ICESat-2 danno una buona stima della profondità della neve. Con il vantaggio, per il satellite, che queste misurazioni sono possibili globalmente e ad un costo basso, rispetto alle suddette misurazioni via aeroplano.

Gli scienziati stanno pensado alla possibile applicazione di questa tecnica per misurare anche lo spessore del ghiaccio marino, per capire l’impatto del riscaldamento climatico e lo stato di salute delle regioni artiche. E, se funzionerà, si tratterà di un’altra vittoria delle formiche.

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Giovanni Natalini

Ingegnere Elettronico prestato a tempo indeterminato alla comunicazione. Mi entusiasmo facilmente e mi interessa un po' di tutto: scienza, tecnologia, ma anche fumetti, podcast, meme, Youtube e videogiochi.

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