O que os olhos não veem, o satélite detecta

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Imagine se pudéssemos escolher algum superpoder, ter as mesmas habilidades de um super herói. Algumas pessoas escolheriam poder voar, outras a invisibilidade, ler mentes, superforça. Mas, para alguns cientistas, a possibilidade de enxergar no infravermelho, como o Super Homem faz, seria uma oportunidade incrível de visualizar e entender muitos processos que acontecem na natureza. Pois, alguns comprimentos de onda da luz refletidos por objetos e substâncias trazem informações que o olho humano não consegue visualizar. Mas já é possível “enxergar” nestes comprimentos de onda, um superpoder que a ciência concedeu à Humanidade na forma de sensores e câmeras.

Como “enxergar” no infravermelho

Todo corpo acima do zero absoluto, ou seja, acima de -273 °C emite radiação infravermelha. Nos equipamentos que enxergam o infravermelho emitido, a radiação neste comprimento de onda entra no equipamento e incide sobre placas metálicas retirando elétrons dela. Os pulsos elétricos resultantes deste processo são captados por sensores que, então, “traduzem” o sinal na forma de imagens no comprimento de onda visível ou outras formas de análise como a curva de reflectância, emissividade ou absorbância. 

Como essa curva se constitui? A luz é composta por diferentes comprimentos de onda que vão desde o ultravioleta até o infravermelho, o equipamento verifica, então, qual foi a porcentagem de reflectância (emissividade ou absorbância) do objeto em análise a cada comprimento de onda. Assim a curva é um gráfico onde o eixo x é o comprimento de onda da luz e o eixo y mostra a porcentagem refletida (absorvida, emitida ou transmitida) pelo objeto nos diferentes comprimentos. 

Exemplo da curva de reflectância em diferentes comprimentos de onda, comparando vegetação, solo seco exposto e água limpa. Fonte: Estimativa de profundidades utilizando imagens de alta resolução apoiadas por dados de levantamento batimétrico.

Assim na Terra como nos céus

Agora que já sabemos um pouco como “enxergar” no infravermelho, por que cargas d’água os cientistas iriam querer ver neste comprimento de onda? Nestes últimos dias vocês devem ter visto a notícia de que a NASA, a agência espacial americana, detectou presença de água em crateras na Lua. Se não viu, pode ler mais sobre o assunto nessa matéria da Super Interessante

Aqui entra a necessidade de “enxergar” ou poder detectar sinais no infravermelho. Foi utilizando sensores neste comprimento de onda, presentes no telescópio SOFIA, que os cientistas puderam fazer esta detecção. Este telescópio, que fica instalado em um avião, capta sinais de radiação, emissividade, ou seja, a quantidade emitida de luz pelo objeto analisado no comprimento de onda do infravermelho, sendo o objeto, neste caso, a lua. 

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SOFIA sobrevoando as montanhas de Sierra Nevada com a porta do telescópio aberta para teste de voo. SOFIA é um Boeing 747SP modificado. Créditos: NASA/Jim Ross.

Após anos e anos de estudos em laboratório foi possível determinar como a água e outros componentes de interesse alteram o sinal de emissividade, absorbância e refletância da luz em pontos específicos do comprimento de onda. Então, é avaliada a forma deste sinal e se ocorrem alterações em pontos específicos da curva (gráfico da emissividade versus o comprimento de onda), sendo possível determinar ao que se deve tal alteração, se foi devido à presença de água ou outros componentes. Com essa análise, além de detectar a presença ou não de água, também é possível determinar a quantidade do líquido. Isso acontece porque a concentração de cada substância altera o sinal recebido de diferentes formas, com maior ou menor intensidade. Esta forma de avaliação também pode ser usada para detectar água aqui na Terra e não apenas na lua.

Mineralogia do solo

Arizona 3902426 1920

A mineralogia do solo trata, entre outros aspectos, da caracterização dos principais minerais encontrados nos solos. Também são estudados os principais métodos de análise mineralógica, seja através de raio-X,  infravermelho ou outras técnicas.

A constituição mineralógica do solo influencia diretamente em suas características químicas, físicas e hidráulicas. Embora muito importante na agricultura, a análise mineralógica é pouco utilizada na tomada de decisão, principalmente devido à complexidade e ao custo da análise padrão. Por isso, pesquisadores têm estudado formas alternativas de analisar a mineralogia do solo, através de satélites, por exemplo. Para isso, diversos comprimentos de onda são avaliados, entre eles o infravermelho médio, que possui um comprimento de onda entre 25.000 e 2.500 nanômetros. 

Novo estudo

Usando este comprimento de onda e agora avaliando a reflectância do solo, em um estudo em que participei junto aos outros pesquisadores – Nélida Silvero, Luiz di Raimo, Gislaine Pereira, Fabrício Terra, Marcos Dassan, Diego Salazar e José Demattê – na ESALQ (Escola Superior Agrícola “Luiz de Queiróz”), avaliamos como a água, formas de ferro e a matéria orgânica do solo podem influenciar o espectro e assim “mascarar” ou atrapalhar a leitura de outros componentes do solo. 

Antes de continuar vamos a uma breve explicação sobre o que é a reflectância. A luz, ao incidir em um objeto, tem uma parte absorvida, outra parte transmitida através do objeto (transmitância) e outra parte é refletida pelo objeto. A porcentagem refletida em cada comprimento de luz, representa, então, a reflectância do objeto ou substância neste determinado comprimento de onda. Há ainda a emissividade, como explicado no início do texto. Todas estas formas de relação da luz com o objeto, ao serem caracterizadas e calculadas, permitem identificar e diferenciar as substâncias e objetos através da espectrometria, que é a análise do espectro de luz.

Em um equipamento no laboratório, analisamos diferentes amostras de solo, ora retirando algum componente ou adicionando outros, como a água. Este equipamento emite ondas de luz no comprimento específico do infravermelho médio e mede o quanto foi refletido de volta ao sensor. Assim, obtivemos diferentes curvas de reflectância e, com essas curvas, observamos como elas se alteravam em pontos específicos para determinar qual componente causava a alteração observada. A matéria orgânica, por exemplo, alterou a refletância por volta dos comprimentos de 2.500 e 1.250 nm. A água também alterou a leitura das amostras, em alguns pontos no mesmo comprimento de onda de alguns minerais como o quartzo. Sendo assim, ao analisar futuras amostras, outros pesquisadores e especialistas poderão ficar atentos a esses comprimentos e determinar se há presença ou não de matéria orgânica e água no solo e diferenciá-la de outros componentes.  

No estudo, também relacionamos quais sensores do satélite ASTER podem ser utilizados para detectar no solo as mesmas substâncias analisadas no experimento. Este satélite pode ser, então, utilizado para análise mineralógica do solo, substituindo as atuais análises e contribuindo para tomada de decisão na agricultura (como a realização do zoneamento agrícola, mapeamento dos tipos de solo, determinação das épocas de plantio entre outras atividades), diminuindo os custos de análise e possibilitando a avaliação de áreas bem maiores.

O estudo foi publicado em outubro na revista GEODERMA ou para quaisquer dúvidas podem ser contatados quaisquer um dos autores que estarão disponíveis para falar do artigo e dos experimentos realizados.

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