O impacto climático da aviação deve-se em parte aos rastros de condensação — marcas deixadas pela condensação que um avião deixa no céu ao atravessar camadas geladas e úmidas da atmosfera. Esses rastros retêm o calor irradiado da superfície do planeta e, embora a magnitude desse impacto seja incerta, diversos estudos sugerem que eles podem ser responsáveis por cerca de metade do impacto climático da aviação.

Teoricamente, os pilotos poderiam reduzir o impacto climático de seus aviões evitando regiões propensas à formação de rastros de condensação, de forma semelhante aos ajustes de altitude feitos para evitar turbulências. Mas, para isso, é preciso saber em que regiões do céu os rastros de condensação têm maior probabilidade de se formar.

Para fazer essas previsões, os cientistas estão estudando imagens de rastros de condensação que se formaram no passado. Imagens capturadas por satélites geoestacionários são uma das principais ferramentas que os cientistas utilizam para desenvolver sistemas de identificação e prevenção de rastros de condensação. 

Mas um novo estudo mostra que há limites para o que os satélites geoestacionários conseguem observar. Engenheiros do MIT analisaram imagens de rastros de condensação capturadas por satélites geoestacionários e as compararam com imagens das mesmas áreas obtidas por satélites em órbita baixa da Terra (LEO). Os satélites LEO orbitam a Terra em altitudes mais baixas e, portanto, conseguem capturar mais detalhes. No entanto, como os satélites LEO apenas tiram uma foto enquanto sobrevoam a área, eles registram imagens da mesma região com muito menos frequência do que os satélites geoestacionários (GEO), que fotografam continuamente a mesma região da Terra a cada poucos minutos.

Os pesquisadores descobriram que os satélites geoestacionários não captam cerca de 80% dos rastros de condensação que aparecem nas imagens da órbita terrestre baixa (LEO). Os satélites geoestacionários captam principalmente rastros maiores que tiveram tempo de crescer e se espalhar pela atmosfera. Os rastros que os satélites LEO conseguem detectar são, em sua maioria, mais curtos e finos. Esses rastros mais finos provavelmente se formaram imediatamente a partir dos motores de um avião e ainda são muito pequenos ou não suficientemente distintos para serem identificados pelos satélites geoestacionários.

O estudo destaca a necessidade de uma abordagem multi-observacional no desenvolvimento de sistemas de identificação e prevenção de rastros de condensação. Os pesquisadores enfatizam que tanto as imagens de satélite GEO quanto as LEO têm seus pontos fortes e limitações. Observações de ambas as fontes, bem como imagens obtidas do solo, podem fornecer uma visão mais completa dos rastros de condensação e de como eles evoluem.

“Com mais ‘olhos’ no céu, poderíamos começar a ver como é a vida de um rastro de condensação”, diz Prakash Prashanth, cientista pesquisador do Departamento de Aeronáutica e Astronáutica (AeroAstro) do MIT. “Assim, podemos entender quais são suas propriedades radiativas ao longo de toda a sua existência e quando e por que um rastro de condensação é importante para o clima.”

O novo estudo foi publicado hoje no periódico Geophysical Research Letters . Os coautores do estudo, do MIT, incluem a primeira autora Marlene Euchenhofer, estudante de pós-graduação em AeroAstro; Sydney Parke, estudante de graduação; Ian Waitz, professor titular da cátedra Jerome C. Hunsaker de Aeronáutica e Astronáutica e vice-presidente de pesquisa do MIT; e Sebastian Eastham, do Imperial College London.

Os rastros de condensação se formam quando os gases de escape dos aviões encontram o ar gelado e úmido, e as partículas dos gases atuam como núcleos onde o vapor de água se acumula e congela, formando cristais de gelo. Conforme o avião avança, ele deixa um rastro de condensação que começa como um fio fino, podendo crescer e se espalhar por grandes distâncias, durando várias horas antes de se dissipar.

Quando persiste, um rastro de condensação age de forma semelhante a uma nuvem de gelo e, como tal, pode ter dois efeitos opostos: um em que o rastro funciona como uma espécie de escudo térmico, refletindo parte da radiação solar incidente. Por outro lado, um rastro de condensação também pode agir como um cobertor, absorvendo e refletindo parte do calor da superfície. Durante o dia, quando o sol está brilhando, os rastros de condensação podem ter efeitos tanto de proteção quanto de retenção de calor. À noite, esses filamentos semelhantes a nuvens têm apenas um efeito de retenção e aquecimento. Em suma, estudos têm demonstrado que os rastros de condensação, como um todo, contribuem para o aquecimento do planeta.

Diversos esforços estão em andamento para desenvolver e testar sistemas de prevenção de rastros de condensação em aeronaves, visando reduzir o impacto da aviação no aquecimento global. Cientistas estão utilizando imagens de rastros de condensação captadas do espaço para aprimorar esses sistemas.

“As imagens de satélites geoestacionários são a principal ferramenta de observação para a detecção de rastros de condensação”, diz Euchenhofer. “Como estão a 36.000 quilômetros acima da superfície, podem cobrir uma área extensa e observam o mesmo ponto dia e noite, permitindo obter novas imagens do mesmo local a cada cinco minutos.”

Mas o que os satélites geoestacionários oferecem em termos de taxa de amostragem e cobertura, pecam em nitidez. As imagens que capturam têm cerca de um quinto da resolução das imagens obtidas por satélites em órbita baixa da Terra (LEO). Isso não seria uma surpresa para a maioria dos cientistas. Mas Euchenhofer questionou o quão diferentes seriam as imagens de rastros de condensação captadas por satélites geoestacionários e por satélites em LEO, e quais oportunidades poderiam ser exploradas para melhorar a imagem caso ambas as fontes pudessem ser combinadas.

“Ainda acreditamos que os satélites geoestacionários são a espinha dorsal da prevenção baseada em observações, devido à cobertura espacial e à alta frequência com que obtemos imagens”, afirma ela. “Acreditamos que os dados poderiam ser aprimorados se incluíssemos observações de satélites da órbita terrestre baixa (LEO) e outras fontes de dados, como câmeras terrestres.”

Em seu novo estudo, os pesquisadores analisaram imagens de rastros de condensação obtidas por dois instrumentos de imagem de satélite: o Advanced Baseline Imager (ABI), a bordo de um satélite geoestacionário, normalmente usado para observar rastros de condensação, e o Visible Infrared Radiometer Suite (VIIRS), de alta resolução, um instrumento a bordo de vários satélites em órbita baixa da Terra (LEO).

De dezembro de 2023 a novembro de 2024, a equipe selecionou uma imagem dos Estados Unidos continentais, capturada pelo VIIRS durante seu sobrevoo, para cada mês. Encontraram imagens correspondentes do mesmo local, tiradas aproximadamente no mesmo horário pelo satélite geoestacionário ABI. As imagens foram capturadas no espectro infravermelho e representadas em cores falsas, o que permitiu aos pesquisadores identificar mais facilmente os rastros de condensação formados tanto durante o dia quanto à noite. Em seguida, os pesquisadores trabalharam visualmente, ampliando cada imagem para identificar, delinear e rotular cada rastro de condensação visível.

Ao compararem as imagens, descobriram que as imagens GEO não captavam cerca de 80% dos rastros de condensação observados nas imagens LEO. Também avaliaram o comprimento e a largura dos rastros de condensação em cada imagem e constataram que as imagens GEO capturavam principalmente rastros maiores e mais longos, enquanto as imagens LEO também conseguiam discernir rastros mais curtos e menores.

“Descobrimos que 80% dos rastros de condensação que conseguíamos ver com satélites em órbita baixa da Terra (LEO) não conseguíamos ver com câmeras geoestacionárias (GEO)”, diz Prashanth, diretor executivo do Laboratório de Aviação e Meio Ambiente do MIT. “Isso não significa que 80% do impacto climático não tenha sido capturado. Isso porque os rastros de condensação que vemos com câmeras GEO são os maiores e, provavelmente, têm um efeito climático maior.”

Ainda assim, o estudo destaca uma oportunidade.

“Queremos garantir que esta mensagem seja transmitida: os imageadores geoestacionários são extremamente poderosos em termos da extensão espacial que cobrem e do número de imagens que podemos obter”, diz Euchenhofer. “Mas depender exclusivamente de um único instrumento, especialmente quando se trata de políticas públicas, provavelmente oferece uma visão incompleta demais para orientar a ciência e também as companhias aéreas em relação à prevenção de rastros de condensação. Precisamos preencher essa lacuna com outros sensores.”

A equipe afirma que outros sensores poderiam incluir redes de câmeras em solo que, em condições ideais, podem detectar rastros de condensação à medida que os aviões os formam, em tempo real. Esses rastros menores e "mais jovens" geralmente não são detectados por satélites geoestacionários. Uma vez que os cientistas tenham esses dados terrestres, eles podem associar o rastro de condensação à aeronave e usar os dados de voo da aeronave para identificar a altitude exata em que o rastro aparece. Eles poderiam então rastrear o rastro de condensação à medida que ele cresce e se espalha pela atmosfera, usando imagens geoestacionárias. Eventualmente, com dados suficientes, os cientistas poderiam desenvolver um modelo de previsão preciso, em tempo real, para prever se uma aeronave está se dirigindo para uma região onde os rastros de condensação podem se formar e persistir, e como ela poderia alterar sua altitude para evitar a região.

“As pessoas veem a prevenção de rastros de condensação como uma oportunidade barata e de curto prazo para atacar um dos setores mais difíceis de descarbonizar no setor de transportes”, diz Prashanth. “Não temos muitas soluções fáceis na aviação para reduzir nosso impacto climático. Mas é prematuro adotá-las até que tenhamos ferramentas melhores para determinar onde os rastros de condensação se formarão na atmosfera, para entender seus impactos relativos e para verificar os resultados da prevenção. Precisamos fazer isso de maneira cuidadosa e rigorosa, e é aí que muitas dessas ferramentas entram em jogo.”

Este trabalho foi financiado, em parte, pelo Escritório de Meio Ambiente e Energia da Administração Federal de Aviação dos EUA.