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La teledetección es la ciencia que se ocupa de obtener información sobre la superficie terrestre sin estar en contacto con ella, mediante el uso de diferentes dispositivos (drones, satélites, aviones, etc.).
En este caso nos centraremos en las imágenes de satélite, que nos permiten estudiar la evolución y detectar las consecuencias de fenómenos naturales o de origen antrópico como las erupciones volcánicas, los terremotos, los incendios forestales, las inundaciones, el deshielo de glaciares, la deforestación o los efectos del crecimiento urbanístico.
La disponibilidad de imágenes de satélite en todo el mundo, con una frecuencia que puede llegar a ser diaria si las condiciones atmosféricas lo permiten, facilita la identificación y el seguimiento de fenómenos naturales y procesos antrópicos que implican cambios notables en la superficie terrestre.
Pero ¿cómo se obtienen y se procesan las imágenes de la Tierra?
Los satélites son objetos que orbitan alrededor de la Tierra con una misión específica: facilitar las telecomunicaciones (televisión, telefonía), la navegación y la localización (GPS) o determinar fenómenos meteorológicos (Meteosat). En estas líneas nos centraremos en los satélites utilizados para la observación y la monitorización periódica de la Tierra.
La Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio, más conocida como NASA (National Aeronautics and Space Administration), es el organismo estadounidense que captura imágenes de la Tierra mediante una serie de satélites llamados Landsat. Desde el lanzamiento de los Landsat y hasta la actualidad, se han llevado a cabo siete misiones. Cada misión consiste en el lanzamiento al espacio de una constelación de satélites, que llevan incorporados diferentes sensores e instrumentos para monitorizar el estado del océano o la atmósfera. Estos sensores captan la radiación emitida por la superficie terrestre en diferentes frecuencias de onda, y esta radiación puede ser, posteriormente, procesada y transformada en información que podemos analizar.
A escala europea, el organismo que se encarga de monitorizar la Tierra desde el espacio es la Agencia Espacial Europea o ESA (European Space Agency) en el marco del programa Copernicus, dedicado a la observación de la Tierra. La Agencia Espacial Europea ha desarrollado un conjunto de misiones satelitales llamadas Sentinel para poner en órbita sus propios satélites.
Sentinel-1
Los satélites de esta misión siguen una órbita polar o heliosíncrona alrededor de la Tierra, es decir van del polo norte al polo sur y viceversa. Registran imágenes día y noche, independientemente del tiempo atmosférico. Llevan incorporado un radar que permite captar imágenes aunque haya nubes.
Sentinel-2
Los satélites de la misión Sentinel-2, al igual que los satélites de Sentinel-1, siguen una órbita polar. Llevan incorporado un sensor multiespectral de alta resolución que permite capturar imágenes para monitorizar la vegetación, el suelo, las masas de agua y las zonas costeras.
Sentinel-3
Es una plataforma que incorpora multitud de instrumentos para medir la elevación, la temperatura o el color de la tierra y de los océanos con gran precisión y fiabilidad. Permite la monitorización del clima y el medio ambiente, así como los pronósticos marítimos.
Sentinel-5P (Sentinel-5 Precursor)
Concebido para sustituir al satélite Envisat, que se extravió en 2012. A su vez, esta plataforma será sustituida por el Sentinel-5. que se enviará en 2021. La misión Sentinel-5P proporciona datos atmosféricos que pretenden monitorizar la calidad del aire, sobre todo en relación con contaminantes como el ozono, el dióxido de nitrógeno y el dióxido de azufre.
En el futuro está previsto que se pongan en marcha tres misiones Sentinel más:
Es un satélite Meteosat de tercera generación que monitorizará la atmósfera de nuestro planeta siguiendo una órbita polar.
Como el Sentinel-4, proporcionará datos sobre la composición atmosférica. Se embarcará en una nave espacial EUMETSAT Polar System (EPS).
Pretende mantener las misiones del satélite Jason-2 sobre cálculos altimétricos de alta precisión, tanto de la superficie terrestre como de los océanos.
Aquí hemos hablado especialmente de los satélites pertenecientes a la Agencia Espacial Europea, pero existen muchas otras agencias espaciales, como la norteamericana, la china o la rusa, que tienen misiones en el espacio. Además, en los últimos años, han aparecido varias empresas y organizaciones que disponen de satélites que orbitan alrededor de la Tierra con el objetivo de capturar imágenes de nuestro planeta. Todo ello ha provocado que alrededor de la Tierra haya un gran número de objetos artificiales, sin utilidad, en órbita; es lo que conocemos como basura o chatarra espacial.
La teledetección es una técnica que permite medir o adquirir datos de la superficie terrestre en forma de imágenes. Esto es posible gracias a unos sensores montados sobre plataformas o aparatos que vuelan por el espacio aéreo, como los aviones o los drones, o en plataformas espaciales, como los satélites. El principio básico de la teledetección es capturar, a través de los sensores, la radiación electromagnética que reflejan los objetos.
La radiación electromagnética es el conjunto de ondas electromagnéticas que se propagan en el espacio desde la Tierra. Los objetos que emiten estas ondas están sujetos a una fuente de energía (generalmente procedente de la luz solar), que es la responsable de esta emisión. Los sensores captan la radiación que emiten los objetos después de haber sido sometidos a una fuente de energía. Hay dos tipos de sensores: los pasivos, que registran la radiación solar que los objetos reflejan, y los activos, que emiten una radiación sobre los objetos y miden su reflexión.
El ojo humano solo captura el rango del espectro electromagnético que oscila entre 0,4 y 0,7 micras, es decir, la luz o el espectro visible. A la izquierda y a la derecha del espectro visible se sitúan la radiación ultravioleta y el infrarrojo, respectivamente.
Las diferentes regiones del espectro electromagnético pueden proporcionar diferente información sobre un mismo objeto. Para detectar el reflejo de los objetos en estas regiones o longitudes de onda necesitamos sensores especializados que perciban más allá de lo que nuestro ojo puede percibir.
Los sensores que llevan la mayoría de satélites dedicados a la observación de la Tierra permiten captar la radiación electromagnética desde los rayos ultravioleta hasta los rayos infrarrojos; más allá de estas longitudes de onda necesitaremos sensores aún más especializados, como Radarsat, Era 1 y Era 2 o la misión SRTM (Shuttle Radar Topography Mission).
Cada objeto tiene una firma espectral o porcentaje de reflectancia en cada región del espectro electromagnético. Dicho de otro modo, la firma espectral es la huella dactilar que caracteriza cada objeto de la superficie terrestre. Así, por ejemplo, la nieve tendrá una firma espectral diferente que la vegetación o el agua, ya que la reflectancia de ellas será diferente.
De este modo, a través de la teledetección podemos discriminar o identificar las diferentes coberturas o usos del suelo, como la vegetación sana o la vegetación quemada tras un incendio, o bien las masas de agua tras un episodio de inundaciones.
Como ya se ha indicado, la mayoría de los satélites capturan información en diferentes bandas o rangos del espectro electromagnéticos, no solo del espectro visible, como serían las bandas de color rojo, verde y azul (RGB, por las siglas en inglés), sino que también permiten capturar imágenes de la radiación ultravioleta hasta el infrarrojo cercano y de onda corta. Estas bandas se pueden combinar obteniendo lo que conocemos como imágenes multiespectrales.
Las imágenes multiespectrales nos permiten visualizar características de un objeto y diferenciarlo de otros objetos que, a simple vista, parecerían iguales, como sería el caso del grado de humedad de la vegetación o la vegetación quemada tras un incendio.
El Sentinel-2, del programa Copernicus, tiene 13 bandas diferentes, cada una con unas capacidades concretas.
Incendio en el Parque Nacional Pantanal de Otuquis, frontera entre Bolivia, Paraguay y Brasil, el 28 de agosto de 2019. A la izquierda, combinación de bandas en color natural (4-3-2). A la derecha, en falso color (12-8-4). CC BY 4.0 Sentinel Hub EO Browser.
El Servicio de SIG y Teledetección (SIGTE) de la Universitat de Girona forma parte de la Copernicus Academy una red de universidades, centros de investigación y organizaciones que tiene el objetivo de intercambiar conocimientos y experiencias sobre el programa Copernicus, de observación de la Tierra.
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