Misión monitorear sensores: enfría tu comunidad

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This activity is part of Science Friday’s Down to Earth program.

¿Ves las líneas rojas en el mapa abajo? ¿Qué crees que significan? ¿Qué patrones parecen seguir?

¿Sabías que la NASA monitorea el clima mundial desde el espacio? Utiliza más de 350,000 sensores en la Estación Espacial Internacional (ISS) para recoger datos y convertirlos en imágenes como la mostrada arriba, que representa el calor que irradian las calles. Con estas imágenes se pueden tomar decisiones informadas para planificar ciudades y construir comunidades más sanas. ¡Vaya!

Vuelve a mirar el mapa y fíjate en la leyenda de la parte inferior. ¿Qué te dice? ¿Qué significan los distintos colores? ¿Qué crees que sintieras al caminar en una de esas calles marcadas en rojo?

Compara las temperaturas en la imagen con las de tu ciudad. Utiliza una app del clima para determinar la temperatura de tu comunidad hoy. Asegúrate de tomar la temperatura en Fahrenheit, igual que el mapa arriba, y no en Celsius. Las temperaturas de tu zona, ¿son más cálidas o frías que las mostradas en el mapa anterior?

CHICAGO WEATHER

La temperatura pronosticada en un reporte meteorológico es la temperatura media del aire en un entorno determinado: la temperatura ambiente. Sin embargo, como puedes ver en el mapa anterior, la temperatura de la superficie puede variar mucho según el lugar. Puedes utilizar sensores de tecnología anterior para medir la temperatura de la superficie de tu barrio y compararla con la temperatura ambiente.

Esto es lo que tienes que hacer:

1. Apunta la temperatura ambiente del aire reportada por una aplicación meteorológica para tu zona en la tabla de monitorear sensores.
2. Saca un termómetro al exterior y ponlo en el pavimento de un parqueadero o zona similar. OJO: Ten cuidado con los carros. Sugerimos la supervisión de un adulto para esta actividad.
3. Haz una predicción: ¿La temperatura en el pavimento será más caliente o más fría que la temperatura ambiente a tu alrededor?
4. Transcurridos cinco minutos, apunta en la tabla la temperatura de la superficie pavimentada.
5. Mueve el termómetro a la césped o al zacate o a un lecho de plantas con mantillo.
6. Haz una predicción: ¿Crees que la temperatura en la césped será más alta o más baja que la que has medido en la acera?
7. Transcurridos cinco minutos, anota en la tabla la temperatura de la superficie de la césped o la tierra.
8. Si dispones de tiempo y espacio, selecciona otros lugares para comprobar la temperatura de la superficie y apunta los resultados.

¿Cómo varían las temperaturas de superficies en función del material? ¿Por qué crees que el material del que está hecho la superficie afecta a la temperatura de la misma?

Científicos que orbitan la Tierra en la ISS están cartografiando el calor radiante de las superficies terrestres. Para ello utilizan los sensores ECOSTRESS. Estos sensores observan el calor de las calles de tu comunidad y de las plantas que viven en tus parques.

ECOSTRESS es la abreviatura en inglés de ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (Experimento de Radiómetro Térmico Espacial Ecosistema en la Estación Espacial). En términos sencillos, ECOSTRESS es un termómetro muy sofisticado que mide el calor en la superficie de la Tierra desde unos 400 kilómetros (250 millas) de altura. (Conducir un carro la misma distancia por la autopista a unos 100 km/h te llevaría unas cuatro horas). Los científicos inicialmente diseñaron los sensores para detectar la salud de las plantas midiendo la temperatura en la superficie de la Tierra. Sin embargo, en 2024, investigadores de todo el mundo se reunieron en la Reunión del Equipo de Ciencia y Aplicación de ECOSTRESS para compartir cómo están utilizando los datos para monitorear todo, desde un volcán activo en Nápoles (Italia) hasta el seguimiento de la productividad agrícola y el uso del agua en las tierras áridas de Estados Unidos. Incluso utilizan los datos para predecir focos de incendios forestales y niveles de biodiversidad.

Mira el siguiente diagrama. ¿Qué observas? ¿Qué crees que hacen las distintas partes?

Al igual que tu termómetro, el ECOSTRESS recoge y registra la radiación infrarroja térmica -ondas de calor- utilizando diversos instrumentos. El deflector Nadir ayuda a concentrar el calor recogido. El espejo de exploración de doble cara gira casi cada segundo, recogiendo datos de una amplia zona. A diferencia de un espejo común, este espejo de barrido recoge imágenes de calor en lugar de imágenes visuales.

Utilizar mapas para visualizar los datos sobre el calor puede ayudarte a comprender mejor el cambio climático y el impacto de la urbanización y las islas de calor en tus comunidades. Si observas estas imágenes a lo largo del tiempo, podrás ver cómo la construcción y el desarrollo -la urbanización- crean más islas de calor y reducen la cobertura de la superficie con plantas, que enfrían la superficie y la atmósfera.

Las investigaciones de la Agencia de Protección del Medio Ambiente de Estados Unidos (EPA) indican que las islas de calor comprometen la salud y el confort humanos. Las ciudades que tienen islas de calor suelen tener temperaturas diurnas más altas, menos refrigeración por la noche y mayores niveles de contaminación atmosférica. Estos cambios pueden provocar muertes y enfermedades relacionadas con el calor, como problemas respiratorios, agotamiento por calor e insolación. Las islas de calor también aumentan el consumo de energía porque la gente utiliza el aire acondicionado con más frecuencia. El aumento del consumo de energía suele provocar un aumento de las emisiones de contaminantes atmosféricos y gases de efecto invernadero. El aumento del consumo de energía también puede provocar una reducción de la calidad del agua debido a la escorrentía de las aguas pluviales, que vierte agua caliente en nuestros arroyos y perjudica la vida acuática.

Como ciudadano científico, tu trabajo consiste en idear acciones y modelos sencillos que puedan reducir el impacto de la expansión urbana y comprender hasta qué punto el calor es demasiado para la comodidad y la salud humanas. ¿Qué temperatura es demasiado alta para ti? Pregunta a tus amigos o familiares qué temperatura les parece demasiado alta. ¿Es la misma para ti? Ese nivel de confort puede ser muy personal. Por eso se necesitan datos objetivos. El seguimiento de los cambios a lo largo del tiempo puede ayudarte a comprender los efectos del cambio climático en tu comunidad.

En la siguiente actividad, observarás un mapa de tu comunidad y predirás dónde crees que el calor radiante sería mayor basándote en tu investigación previa con el termómetro. A continuación, considerarás cinco enfoques para reducir el calor en las comunidades, seleccionarás el mejor para tu comunidad y desarrollarás un modelo para abordar el calor radiante en tu ciudad. Para ayudarte a organizar tus ideas, hemos creado un diario para tu trabajo.

Para empezar, tienes que conocer tu comunidad. Empieza explorando los recursos y datos de la NASA. A continuación, accede a un mapa de Google de tu propia comunidad. El siguiente video muestra cómo utilizar las imágenes de satélite de Google Maps para analizar una comunidad y hacer predicciones. Después de ver el video, realiza un análisis similar en tu propia comunidad.

Conozca su comunidad

1. Utilizando Google Maps, busca la dirección que te gustaría investigar, como tu escuela o tu casa.
2. Selecciona el área del mapa que te interese. Utiliza los botones más y menos de la esquina inferior derecha de la pantalla para acercar o alejar la imagen.
3. En la esquina inferior izquierda, selecciona “Layers” en inglés (capas). A continuación, selecciona “Satellite” (satélite).

NOTA: ¿Con deficiencias visuales? Considera la posibilidad de utilizar Audiom para crear tu mapa.

Mientras observas los mapas de imágenes por satélite de tu comunidad e investigas las posibles fuentes de calor radiante, hazte estas preguntas:

• ¿En qué parte del mapa crees que las temperaturas serían más calientes? ¿Dónde serían más frías?
• ¿Qué características topográficas crees que hacen que las zonas de tu mapa sean más cálidas o más frías?
• ¿Dónde crees que podría haber una isla de calor? ¿Qué características podrían provocar la formación de una isla de calor?
• ¿Qué otras áreas problemáticas puedes identificar? ¿Qué áreas aportan beneficios a la comunidad?

Haz un dibujo de tu comunidad al estilo de un mapa de calor. No es necesario que sea tan detallado como las imágenes de ECOSTRESS mostradas anteriormente. Empieza por colorear zonas amplias utilizando papel y lápices de colores o una aplicación de dibujo en línea como Canva. Utiliza estas instrucciones como guía y consulta la imagen de muestra que aparece a continuación para generar ideas.

Haz un mapa de calor de tu comunidad

1. Cualquier zona que preveas que superará los 70 grados, márcala como caliente y coloréala en rojo. Asegúrate de mostrar dónde crees que podrías encontrar islas de calor en tu comunidad, como parqueaderos, calles y carreteras.
2. Las zonas que preveas más frescas, por debajo de 60 grados, márcalas en verde. Es probable que se trate de zonas verdes, como campos de deporte, parques y masas de agua.
3. Por último, marca en amarillo todo lo que esté más o menos en el medio, entre 60 y 70 grados. Es probable que estas zonas estén menos densamente pobladas que las zonas con muchos edificios y carreteras.
4. Recuerda incluir una leyenda para mostrar lo que representa cada color en tu dibujo.

Aquí hay un ejemplo de un dibujo basado en predicciones sobre la misma zona urbana de Nueva Jersey descrita en el vídeo.

Cuando revises tu dibujo, hazte la siguiente pregunta: ¿Qué historia cuentan los datos sobre los efectos potenciales del calor radiante en tu comunidad?

NOTA: ¿Quieres un reto mayor? Utiliza cinco colores y divide la gama de temperaturas en cinco grados en lugar de 10. Buscas algo un poco más fácil? Imprime el mapa por satélite y pega una capa de plástico encima. Después, utiliza rotuladores de borrado en seco para colorear las zonas que consideres cálidas o frías. Reduce los colores utilizados a rojo y verde.

Ahora que conoces las posibles zonas problemáticas de tu comunidad, ¡actúa! Imagina que eres un arquitecto que trabaja con la EPA para ayudar a mejorar la salud y la sostenibilidad de tu comunidad reduciendo las islas de calor. La EPA sugiere cinco grandes formas de enfriar las islas de calor:

• Aumentar el número de plantas en la zona, añadiendo parques y más espacios verdes.
• Utilizar materiales de pavimentación frescos que puedan requerir revestimientos sobre el hormigón o el asfalto existentes, o incluso sobre nuevas vías verdes de césped.
• Construir tejados verdes en los que un jardín en la azotea pueda dar más sombra. Los tejados verdes pueden ser 30-40 grados Fahrenheit más frescos que los tejados no verdes.
• Instalar tejados fríos, que absorben menos calor gracias a su color (normalmente blanco) y a sus propiedades reflectantes.
• Planificar proyectos de crecimiento inteligente que añadan mejoras de infraestructura verde a las mejoras habituales de las calles.

Considera las zonas rojas del mapa que has dibujado. ¿Cuál de las cinco formas sustanciales de reducir las islas de calor funcionaría mejor en tu comunidad? ¿Por qué crees que esa solución funcionaría en tu comunidad? ¿Cómo sabrías que tu solución ha tenido éxito?

Añádelo a tu dibujo de la comunidad o haz uno nuevo. Marca dónde incluirías elementos o cambiarías la infraestructura para reducir las islas de calor. O, si lo prefieres, dibuja un boceto detallado de un cambio que harías, describe dónde añadirías esta nueva característica y qué incluiría.

Si dispones de tiempo y materiales, construye un diorama de tu solución utilizando una caja de zapatos, trozos de cartón y materiales de manualidades.

¿Te entusiasma la idea de mejorar tu comunidad y reducir las islas de calor? Hay muchas formas de participar e informarse.

• ¿De quién necesitas permiso para hacer realidad tu solución? Consulta la página web de tu ciudad para saber si cuenta con un equipo ecológico o una política que ayude a reducir las islas de calor. Consulta el código administrativo de tu ciudad para ver si existen normas sobre nuevas construcciones o iniciativas para reducir las islas de calor. Por ejemplo, algunas ciudades tienen límites en cuanto a la proporción de superficie plantada frente a superficies impermeables como el concreto.
• Haz una propuesta a tu comunidad para ayudar a resolver el problema. Crea un vídeo, podcast, ensayo o presentación de diapositivas con tu diseño para respaldar tu idea.
• Personas de todo el mundo están desarrollando soluciones creativas para lidiar con las islas de calor. Los artistas utilizan pinturas reflectantes para crear murales, los agricultores plantan huertos en las azoteas que también alimentan a las personas que carecen de comida, los paisajistas innovan la forma de plantar árboles en las ciudades y los ingenieros han utilizado la geometría para diseñar un edificio que responde al movimiento del sol para reducir el deslumbramiento. Quizá la próxima gran idea sea la tuya.
• Obtén más información sobre la ISS con un recorrido de realidad aumentada y descubre cuándo podrás verla en el cielo.

Estándares NGSS:

• MS-PS3-3: Energía – Aplicar principios científicos para diseñar, construir y probar un dispositivo que minimice o maximice la transferencia de energía térmica.
• MS-PS4-2: Ondas y sus Aplicaciones en Tecnologías – Desarrollar y utilizar un modelo para describir.
• MS-ESS3-3: La Tierra y la actividad humana – Aplica principios científicos para diseñar un método de control y minimización de un impacto humano sobre el medio ambiente.
• MS-ETS1-1: Diseño técnico – Define los criterios y las restricciones de un problema de diseño con la precisión suficiente para asegurar una solución satisfactoria, teniendo en cuenta los principios científicos pertinentes y las posibles repercusiones sobre las personas y el entorno natural que puedan limitar las posibles soluciones.
• MS-ETS1-2: Diseño de ingeniería – Evalúa soluciones de diseño competidoras utilizando un proceso sistemático para determinar en qué medida cumplen los criterios y las restricciones del problema.

Agrupaciones profesionales de educación técnica y profesional

• Arquitectura y Construcción: Este grupo profesional se centra en las carreras de diseño, planificación, gestión, construcción y mantenimiento del entorno construido.
• Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas: Este grupo profesional se centra en la planificación, gestión y prestación de servicios de investigación científica y servicios profesionales y técnicos (por ejemplo, ciencias físicas, ciencias sociales, ingeniería), incluidos los servicios de laboratorio y pruebas, y los servicios de investigación y desarrollo.

Objetivos de desarrollo sostenible de la ONU

• Ciudades y comunidades sostenibles: El Objetivo 11 busca que las ciudades y los asentamientos humanos sean inclusivos, seguros, resilientes y sostenibles.

Credits:
Lección de Tiffany Lucey
Traducción al español por Laura González
Edición de redacción por Erica Williams y Robin Kazmier
Producción digital by Sandy Roberts

Agradecimientos especiales al Laboratorio Nacional de la EEI y al Centro para el Avance de la Ciencia en el Espacio™ (CASIS™) por financiar este recurso. En colaboración con la NASA, el Laboratorio Nacional de la EEI busca aprovechar la estación espacial para inspirar a la próxima generación.

Este recurso es parte del programa Down To Earth: Space Science For Community Change de Science Friday.