hormigas, como grupo, son criaturas de hábito. Si bien el camino de un individuo no es seguro, los biólogos que han pasado mucho tiempo observando el comportamiento de colonias enteras pueden predecir el tiempo promedio que una hormiga puede deambular bajo tierra antes de resurgir. Eso hizo que el físico de la NASA, Yongxiang Hu, se preguntara si la misma previsibilidad podría ser cierta para los fotones, partículas de luz, que viajan a través de la capa de nieve. Si es así, eso permitiría a los científicos usar un láser pulsado desde un satélite en órbita para estimar la profundidad de la nieve, lo que podría ser una nueva forma poderosa de monitorear los suministros de agua y la salud del hielo marino en el Ártico.
El satélite ICESat-2 de la NASA está equipado con lidar, la misma variedad de sistema láser que utilizan los automóviles autónomos para crear mapas en 3D de su entorno. Este instrumento extremadamente sensible dispara trillones y trillones de fotones a la Tierra y luego analiza lo que rebota al satélite. Debido a que los científicos conocen la velocidad de la luz, pueden usar lidar para determinar la altitud: un fotón que rebota en la cima de una montaña tardará un poco menos en llegar a ICESat-2 que un fotón que rebota en el fondo de un valle.
Lo mismo sucede cuando disparas lidar a un banco de nieve. “Podemos medir la distancia de cada fotón individual que viaja dentro de la nieve”, dice Hu, investigador del Centro de Investigación Langley de la NASA. Algunos fotones pueden penetrar decenas o incluso cien pies de profundidad en la capa de nieve antes de salir a la superficie y regresar al satélite. (Los fotones penetran en la nieve como un rayo, en lugar de rociarse lateralmente. Imagine la forma en que un láser disparado a través de una nube de humo parece una sola línea). Este retraso expone la profundidad de la nieve, al igual que un fotón que rebota en un valle toma un poco más de tiempo para volver al instrumento lidar que uno que rebota en la cima de una montaña.
El camino de un fotón no siempre es simple. Así como una hormiga deambula por su colonia subterránea, un disparo de fotones de un láser espacial toma una ruta aleatoria a través de la nieve. Algunos viajarán hasta el suelo subyacente y se reflejarán en él antes de volver a la superficie. Algunos se recuperan a mitad de camino, después de golpear partículas de nieve. “La mayoría de ellos se adentran unos centímetros en la nieve y regresan”, dice Hu. “Pero luego hay muchos de ellos que van muy profundo, distancias muy largas atrapados dentro de la nieve, rebotando de un lado a otro, de un lado a otro”. Todo ese rebote hace que los datos sean ruidosos.
Pero dentro de él, hay un patrón, tal como lo hay en la forma en que los grupos de hormigas, en conjunto, se mueven alrededor de una colonia. Si bien cada fotón toma un camino errático, los científicos pueden representar matemáticamente la distancia promedio que recorre cada uno. El equipo calculó que, en promedio, un fotón viaja el doble de la profundidad de la nieve a través de la que se mueve.
Una vez que tuvieron esa fórmula, el equipo pudo estimar la profundidad de la nieve en todo el planeta utilizando datos lidar globales de ICESat-2. Luego compararon esas estimaciones con las mediciones de la profundidad de la nieve de las mismas áreas tomadas por aviones usando radar. (Una tercera opción es insertar postes especiales en la nieve). “Se comparan muy bien”, dice Hu sobre los métodos. “Estamos muy contentos de que la teoría haya funcionado”.
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