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Resumo
Fotografias não são apenas lembranças. As imagens geradas a partir do espaço exterior ajudam-nos a acompanhar o que está acontecendo com o planeta Terra e os seus recursos. Os satélites são equipados com sensores especiais (como olhos) que podem ver “cores” de luz que os olhos humanos não conseguem ver. Esses satélites orbitam bem acima de nós e viajam em torno da Terra o tempo todo. A visão panorâmica e a observação constante permitem que eles nos ajudem a obter informações sobre desastres naturais, mudanças climáticas e o clima. Este artigo oferece uma visão geral de como os satélites observam a Terra e menciona algumas das aplicações importantes dessa técnica para a conservação dos valiosos recursos naturais do planeta.
Introdução
O número de seres humanos na Terra está constantemente aumentando. Uma população maior significa que mais pessoas necessitam de acesso aos recursos naturais, como água, terra e minerais. No entanto, esses recursos são finitos, isto é, existe somente uma certa quantidade deles [1]. Como mais pessoas precisam de acesso ao mesmo número de recursos, tornou-se cada vez mais importante mapear e monitorar esses recursos com rapidez e precisão.
Governos e comunidades monitoram recursos em âmbito local, nacional e global. Precisamos saber quais os recursos naturais que estão disponíveis, em quais quantidades e se estão em bom estado ou se mudaram recentemente. Quando os países dispõem dessas informações, podem limitar a utilização de recursos que são escassos, para que não sejam utilizados em demasia.
Pense nas florestas. Há muitos anos, os humanos derrubavam árvores para obter combustíveis, madeira para móveis ou casas e para construir ferrovias. Nos séculos 18, 19 e até boa parte dos anos 1990, as pessoas não davam muita atenção à quantidade de florestas (especialmente aquelas tropicais, que possuem árvores que levam centenas de anos para crescer) ainda existentes para proteger o solo contra a erosão ou servir de habitat para pássaros e outros animais selvagens. Nosso pensamento mudou: agora percebemos que as florestas são os pulmões da Terra, e governos e organizações trabalham para protegê-las, para limitar o desmatamento e para replantar árvores em algumas áreas.
Para fazer isso, as pessoas devem primeiro saber onde as árvores foram derrubadas ao longo dos anos, quanta derrubada ocorreu e onde ainda existem árvores valiosas que precisam de proteção. Isso é chamado de gestão de recursos naturais e as fotos tiradas de cima da Terra em vários momentos podem fornecer informações sobre onde, quando e quantas árvores foram derrubadas.
Se quisermos saber quantos recursos podemos utilizar e com que rapidez podemos desenvolver uma área, precisamos de informações frequentes, consistentes e precisas sobre grandes áreas da Terra, capturadas de cima. Uma vez de posse dessas informações, ficamos capacitados a compreender melhor como as formas de vida estão interagindo com seus ambientes, a fim de monitorar e prever com segurança quão saudáveis são o solo, as costas e os oceanos, e quais objetos ou substâncias estão presentes nessas áreas. Felizmente, a tecnologia disponível para fornecer essas informações, chamada observação da Terra, tornou-se mais sofisticada ao longo do tempo [2].
O que é a observação da Terra?
A primeira foto aérea bem-sucedida da Terra, tirada de um veículo não tripulado, foi feita com uma pipa, em 1887. Mais tarde, em 1907, um farmacêutico alemão chamado dr. Neubronner teve a ideia de montar uma câmera em uma pomba. Com o tempo, a tecnologia de observação da Terra tornou-se mais avançada. Os seres humanos aprenderam a lançar satélites equipados com câmeras, que orbitam a Terra e tiram fotos regulares do planeta.
Aproximadamente 2.200 satélites orbitam a Terra e 446 deles a observam. Seus dados ajudaram os cientistas a mapear muitos fenômenos naturais, como secas, inundações e derretimentos glaciares. Os cientistas utilizam essas informações para compreender melhor o estado dos recursos naturais da Terra. Os satélites também podem ajudá-los a detectar áreas onde as atividades humanas estão prejudicando o ambiente por meio de atividades como o desmatamento, a mineração ilegal ou o pastoreio excessivo de terras agrícolas.
Os satélites detectam cores que não podemos ver
As imagens de satélite são semelhantes a fotografias, como as tiradas com um smartphone e postadas no Instagram. Dependem tanto da luz que os olhos humanos conseguem ver quanto da que não conseguem ver. Nossos olhos só conseguem ver a luz em certos comprimentos de onda – os que correspondem às cores vermelha, verde e azul –, enquanto os satélites conseguem vê-la em muitos. Imagine que seus ouvidos só ouvissem a rádio FM, enquanto os satélites ouvissem tanto a FM quanto a AM. Os satélites têm sensores – uma espécie de olhos – que podem detectar certos comprimentos de onda de luz que não podemos ver. Os cientistas transformam a informação luminosa obtida pelos satélites em imagens que lhes fornecem dados sobre a Terra.
Algumas imagens de satélites, iguais às utilizadas como uma camada noGoogleMaps, usam as cores azul, verde e vermelha que nossos olhos podem ver. Outros satélites tiram fotos usando luz infravermelha, que é invisível ao olho humano. Mesmo não podendo vê-la, usamos luz infravermelha em nossas vidas cotidianas. Por exemplo, o pequeno olho de vidro na parte superior do controle remoto de uma TV usa luz infravermelha para se comunicar com ela.
No Instagram, quando você olha uma foto em que foi usado um filtro para iluminar ou alterar as cores, talvez pense que se trata de algo muito artístico ou achar que parece falso. Se vir uma imagem de satélite com uma floresta vermelha brilhante (Figura1), pode pensar a mesma coisa – que deve ser uma imagem falsa. Mas uma floresta vermelha é tão real quanto uma verde-escura! A diferença é que essas imagens de satélites são feitas a partir de comprimentos de onda de luz que não podemos ver, como a infravermelha, por isso elas não nos parecem reais. Chamamos a isso imagens de cor falsa e, para saber o que significam, precisamos entender o que é uma imagem de satélite.
Figura 1. Imagem de satélite tirada durante os incêndios florestais na Austrália em dezembro de 2019. (A) Essa imagem combina informações dos comprimentos de onda azul, verde e vermelho, de modo que você pode ver a paisagem em suas cores naturais (note a fumaça que vem da queimada). (B) A cicatriz da queimada aparece em preto na visão infravermelha, enquanto florestas e pastagens aparecem em cores avermelhadas.O que um satélite mede para produzir uma imagem?
Cada sensor de um satélite é ajustado para detectar uma faixa estreita de comprimento de onda – apenas luz azul, por exemplo. Imagens feitas com apenas um comprimento de onda aparecem em tons de cinza (Figura 2). Os objetos na Terra que produzem muitos comprimentos de onda específicos de luz aparecem como pontos brilhantes, enquanto os objetos que refletem ou produzem poucos (ou nenhum) comprimentos de onda aparecem como cinza-escuros ou até pretos. As informações captadas por todos os sensores do satélite são armazenadas em imagens denominadas dados de sensoriamento remoto multiespectral (Figura 2).
Figura 2. (A) Imagem de satélite multiespectral que combina luz vermelha, verde e azul. [(B), B1] Uma parte da paisagem que reflete uma grande quantidade de luz aparece como pontos brilhantes nessa imagem tirada pelo olho azul do satélite. [(B), B2] A água do lago não reflete praticamente nenhuma luz e aparece em preto. [(C), C1] Nessa imagem tirada do olho praticamente nenhuma luz e aparece em preto. [(C), C1] Nessa imagem tirada do olho infravermelho do satélite, toda vegetação reflete muita luz (muitos pontos brilhantes). [(C). C2] A água do lago não reflete nenhuma luz e aparece em preto. O círculo vermelho mostra os pontos brilhantes.
Por exemplo, para o olho humano, as plantas saudáveis parecem verdes porque seus pigmentos refletem mais luz verde do que outros comprimentos de onda e elas absorvem mais luz vermelha e azul [3]. Mas tipos especiais de sensores em satélites captam luz infravermelha e a vegetação saudável reflete uma grande quantidade de luz infravermelha do sol [3]. Portanto, as plantas saudáveis aparecem vermelhas devido ao sensoriamento remoto.
A distância da Terra é importante
Os satélites podem orbitar a várias distâncias da Terra – de cerca de 36.000 km até meros 800 km. Os satélites que orbitam a 36.000 km acima da Terra são chamados de geoestacionários e ajudam nas previsões meteorológicas. Os satélites geoestacionários observam apenas um dos hemisférios da Terra e tiram fotos a cada 10 minutos aproximadamente. Eles auxiliam os cientistas a mapear como as nuvens e furacões se movem, podendo até coletar informações sobre quando os vulcões entrarão em erupção! Todavia, por estarem muito no alto, eles fornecem imagens da Terra de baixa qualidade, como se fossem filmes antigos. Os menores objetos que eles conseguem ver têm o tamanho de 500 a 1000 m.
Satélites que orbitam mais perto da Terra tiram fotos usando comprimentos de luz visíveis (para os humanos) e invisíveis. Eles conseguem ver objetos de 0,5 a 30 m – isto é, do tamanho de um carro até o de um quintal comum! Como orbitam em torno da Terra, tiram fotografias do mesmo local a cada 5–16 dias ou com menos frequência se vários satélites estiverem trabalhando em conjunto (para um exemplo, consulte PlanetLabs).
Como proteger os recursos da Terra
Os satélites são como guarda-costas da Terra. Observar a Terra a partir de satélites tem muitas vantagens. Eles conseguem cobrir grandes regiões como o continente americano inteiro e até a Terra inteira. O monitoramento dos recursos da Terra pode ser sistemático e contínuo usando-se imagens de satélites. Por exemplo, a GlobalForestWatch utiliza imagens de satélites para monitorar a quantidade de desmatamento florestal em locais como a Amazônia ou o Congo.
As observações de satélite nos fornecem dados consistentes, que podem ser compartilhados por muitos usuários para diferentes propósitos. Esses dados disponibilizam as informações necessárias para identificar problemas, tomar decisões e medidas de proteção ao ambiente natural, mobilizar ajuda após catástrofes, detectar e prever mudanças para preservar os preciosos recursos do nosso planeta. Geleiras derreteram no último ano? Quanto dano os incêndios florestais causaram? Quantos hectares de floresta foram desmatados nos últimos doze meses? Graças às centenas de satélites de observação que orbitam nosso planeta, podemos responder a perguntas como essas e aprender sobre a condição do solo, da água e da atmosfera.
A observação da Terra por satélite joga um olhar atento sobre nossos recursos naturais inestimáveis e nos fornece informações para gerir melhor nosso mundo – agora e no futuro.
Glossário
Gestão de Recursos Naturais: Gestão integrada dos recursos naturais que compõem as paisagens naturais do planeta, como terra, água, plantas e animais.
Observação da Terra: Visão da Terra a partir de aeronaves ou satélites, usando-se vários sensores que criam imagens para estudar o que está acontecendo na superfície ou próximo a ela.
Seca: Um longo período de precipitação anormalmente baixa, levando à escassez de água.
Comprimento de onda: Distância entre os picos das ondas, como as luminosas. O comprimento de onda de luz determina as cores que vemos.
Infravermelho: A luz infravermelha é parte do espectro de radiação eletromagnético. As ondas infravermelhas são mais longas que as ondas de luz visíveis, mas não tão longas quanto as ondas de rádio.
Dados do sensoriamento remoto multiespectral: Aquisição de imagens visíveis, próximas da luz infravermelha, e infravermelhas de ondas curtas em diversas faixas de comprimento.
Luz infravermelha: Parte dos comprimentos de ondas invisíveis que fica próxima à extremidade vermelha da luz visível.
Sensoriamento remoto: Processo de detecção e monitoração das características físicas de uma área, medindo-se sua luz emitida e refletida a distância, geralmente de satélites ou aviões.
Geoestacionário: Satélite que, do ponto de vista de um observador na Terra, parece quase estacionário no céu.
Agradecimentos
Este projeto contou com fundos do European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme, nos termos do acordo de subvenção nº 870518.
Referências
[1] Rockström, J., Steffen, W., Noone, K., Persson, A., Chapin, F. S., Lambin, E. F. et al. 2009. “A safe operating space for humanity”. Nature 461:472–5. DOI: 10.1038/461472a.
[2] CRCSI. 2016. Earth Observation: Data, Processing and Applications. Volume 1A: Data–Basics and Acquisition. Melbourne, VIC: Australia and New Zealand CRC for Spatial Information.
[3] Huete, A. 2004. Remote Sensing for Environmental Monitoring and Characterization. Amsterdã: Elsevier, pp. 183–206.
Citação
Metternicht, G. e Teece, B. L. (2023). “Satellite images: selfies for preserving Earth’s environment.” Front Young Minds. 11:886767. DOI: 10.3389/frym.2022.886767.
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