Lidar CASALS da NASA mapeia o solo em 3D, testado em avião

Da órbita, os instrumentos laser atuais medem as florestas e os terrenos da Terra uma linha estreita de cada vez. Entre essas linhas existem enormes lacunas, incluindo milhões de acres que os cientistas nunca medem diretamente. Num voo sobre o Great Cypress Swamp, no Delaware, a 12 de novembro de 2024, os dados do instrumento mostraram os topos das copas das árvores, o solo e a vegetação rasteira em cores separadas, tudo a partir de uma única imagem contínua.

O segredo está na luz. Os lidares convencionais orientam o laser com espelhos em movimento. O CASALS, desenvolvido com o apoio do Gabinete de Tecnologia de Ciências da Terra da NASA, usa um laser «semente» de pulsos rápidos, centrado em 1040 nanómetros, que percorre 256 comprimentos de onda. Esta luz atravessa uma rede de transmissão, um componente com um padrão microscópico de sulcos. Como a luz se desvia em ângulos ligeiramente diferentes consoante o seu comprimento de onda, a rede envia cada um dos 256 pulsos para uma posição diferente ao longo da trajetória de voo. O resultado é uma faixa de solo em vez de um único trilho, e não são necessárias peças móveis para a produzir.

Esta conceção também importa para a fiabilidade. Os espelhos motorizados são pesados e propensos a avarias, e retirá-los reduz drasticamente o tamanho, o peso e as necessidades de energia do instrumento, o que a equipa considera importante para o ambiente hostil do espaço. A matriz de detetores acrescenta uma segunda vantagem: funciona com uma eficiência quântica de 80%, o que significa que converte quase toda a luz de retorno num sinal elétrico. A equipa afirma que isto permite ao CASALS captar sinais de retorno muito mais fracos, o que ajuda a medir superfícies mais escuras ou o solo sob vegetação mais densa.

O que isto muda, e para quem, depende dos próximos passos. Os cientistas que estudam florestas, terrenos e ecossistemas em mudança ganhariam um mapa muito mais completo do que os perfis isolados atuais. Por enquanto, o benefício limita-se aos voos de avião: a equipa planeia voltar a voar com o CASALS na campanha ASCENT, prevista para o verão de 2027, e não anunciou quando poderá voar uma versão espacial. Antes disso, pretende alargar a faixa e acrescentar software de processamento de dados a bordo.

A confiança da equipa assenta numa primeira campanha que, nas palavras de Yorks, «funcionou muito bem desde a primeira vez que o voámos». A cerca de cinco quilómetros de altitude, o CASALS já distingue ramos individuais de árvores e pequenas variações na altitude do solo, graças à sua resolução horizontal de 22 centímetros. Transformar esse desempenho num satélite ainda implica redesenhar a faixa e o processamento, e a NASA apresenta o resultado como dependente do sucesso.