Stary satelita nauczył się widzieć w nocy. Efekt niesamowity

Sentinel-2A po 10 latach na orbicie robi pierwsze nocne zdjęcia Ziemi. To poligon doświadczalny dla misji Sentinel-2 Next Generation.

Gdy w 2015 r. na orbitę trafił Sentinel-2A, miał być przede wszystkim dzienną kamerą Ziemi. Liczyły się wyraźne, kolorowe zdjęcia pól uprawnych, lasów, miast i wybrzeży. Po ponad 10 latach pracy jego rolę w głównym nurcie misji przejęły młodsze bliźniaki – Sentinel-2B i uruchomiony niedawno Sentinel-2C. Starszy satelita wcale jednak nie został odstawiony w kąt.

Inżynierowie postanowili zrobić z niego latające laboratorium i sprawdzić coś, czego nie przewidywał żaden wczesny dokument misji: jak satelita projektowany do pracy w świetle dziennym poradzi sobie z obserwacją Ziemi w nocy. Testy przeprowadzono na końcówce jego operacyjnego życia, kiedy można było pozwolić sobie na odważniejsze eksperymenty.

Okazało się, iż emeryt ma jeszcze sporo do zaoferowania – jego pierwszy zestaw nocnych zdjęć wygląda na zaskakująco użyteczny i otwiera drogę do nowej generacji misji Sentinel-2, która od początku ma być przystosowana do działania także po zmroku.

Jak działa kolorowa kamera Sentinel-2?

Satelity Sentinel-2 można sobie wyobrazić jako bardzo zaawansowany aparat fotograficzny, który patrzy na Ziemię szerokim pasem o szerokości około 290 km. Zamiast trzech klasycznych kanałów RGB wykorzystują one 13 wąskich okien widma (tzw. pasm multispektralnych) rozłożonych od światła widzialnego po bliską podczerwień.

Dzięki temu potrafią rozróżniać odcienie zieleni na polach uprawnych, wykrywać przesuszone lasy, śledzić zakwit glonów na morzach czy topnienie śniegu i lodu w górach. Misja Sentinel-2 jest jednym z filarów europejskiego programu obserwacji Ziemi, z którego czerpią m.in. rolnicy, leśnicy, hydrolodzy i służby odpowiedzialne za monitoring środowiska.

Jest tu jednak jeden istotny warunek. Ta kosmiczna kamera do poprawnej pracy potrzebuje światła. W dzień korzysta z promieniowania słonecznego odbitego od powierzchni planety i atmosfery. W nocy, w standardowym trybie, instrumenty są wyłączane, bo ilość dostępnego światła jest tak niska, iż nie opłaca się prowadzić rutynowej obserwacji. Właśnie tę granicę postanowiono teraz przesunąć.

Pożary, flary gazowe, statki. Pierwsze próby nocnej pracy

W ramach specjalnej kampanii obserwacyjnej Sentinel-2A został uruchomiony podczas przelotów nad ciemną półkulą Ziemi. Dla satelity oznaczało to bardzo nietypowy tryb pracy: długie czasy ekspozycji, zwiększone zużycie energii i konieczność starannego planowania, by nie zaburzyć zwykłych, dziennych zadań.

Nagrodą były pierwsze nocne obrazy, na których wyraźnie widać, iż choćby satelita opracowany z myślą o pracy za dnia potrafi wychwycić wiele zjawisk w mroku. Na zdjęciach pojawiły się m.in. jasne punkty płonących pożarów w Indiach, wysokie słupy światła z instalacji spalania gazu towarzyszącego wydobyciu ropy na Bliskim Wschodzie oraz skupiska łodzi rybackich w rejonie Korei Południowej.

Każdy z tych przykładów opiera się na tym samym zjawisku. To lokalne, sztuczne lub naturalne źródła światła, które są na tyle jasne, iż choćby czuły instrument dzienny może je zarejestrować na tle ciemnej powierzchni Ziemi. Dla naukowców i planistów misji to świetny wskaźnik tego, jakiego poziomu czułości powinni oczekiwać od przyszłych detektorów projektowanych już z myślą o nocnym obrazowaniu.

Przy okazji potwierdzono, iż sam Sentinel-2A, mimo swojego wieku i dodatkowego obciążenia, wciąż pozostaje w dobrej kondycji technicznej i może bezpiecznie brać udział w tego typu eksperymentach.

Po co satelitom wzrok po zmroku?

Nocne zdjęcia z orbity nie są tylko ciekawostką dla miłośników ładnych fotografii. Informacja o tym, co świeci, gdzie i jak mocno, ma bardzo konkretne zastosowania. Rozkład świateł miast pozwala śledzić rozbudowę aglomeracji, pojawianie się nowych osiedli, zmianę natężenia ruchu i skalę tzw. zanieczyszczenia światłem. Dla planistów i samorządów to twarde dane o tym, jak naprawdę wygląda rozwój urbanistyczny, a nie tylko to, co deklarują inwestorzy.

Jasne punkty na morzu to z kolei przede wszystkim statki. Ich położenie w nocy może pomóc w monitorowaniu intensywnych połowów, wykrywaniu nielegalnego rybołówstwa albo obserwacji szlaków handlowych w regionach, gdzie tradycyjny monitoring jest utrudniony.

Fot. ESA

Flary gazowe widoczne nad polami naftowymi to ślad spalania surowca, który nie trafia do sieci, tylko zamienia się w ciepło i emisje. Regularne obserwacje z orbity pozwalają lepiej oszacować skalę tego zjawiska, które ma znaczenie zarówno środowiskowe, jak i ekonomiczne. Do tego dochodzi bezpieczeństwo: nagłe zgaśnięcie części świateł w danym regionie może oznaczać poważną awarię sieci energetycznej lub skutki katastrofy naturalnej. Nocna konstelacja Sentinel-2 Next Generation mogłaby bardzo gwałtownie dostarczać obiektywnych informacji o takich sytuacjach.

Sentinel-2 Next Generation: projektowanie nocnych oczu

Testy z udziałem Sentinel-2A nie są widowiskowym popisywaniem się naukowców na koniec życia satelity, ale częścią większego planu. W przygotowaniu jest już bowiem misja Sentinel-2 Next Generation. To kolejne pokolenie europejskich satelitów optycznych, które mają obrazować Ziemię z jeszcze większą rozdzielczością, a do tego wykonywać regularne obserwacje nocne nad wybranymi obszarami.

Aby zaprojektować takie nocne oczy, inżynierowie muszą wiedzieć, jak jasne są typowe cele, którymi chcą się zajmować: miasta, statki, flary gazowe, pożary, instalacje przemysłowe. Dane z obecnych eksperymentów pozwalają ocenić, jaką czułość i dynamikę powinny mieć przyszłe detektory, jakie czasy naświetlania są sensowne, ile danych trzeba będzie przesłać na Ziemię i jak pogodzić to z wciąż najważniejszym zadaniem – dziennym obrazowaniem w wysokiej jakości.

Sentinel-2A staje się więc czymś w rodzaju demonstratora technologii. Pokazuje, iż choćby instrumenty zaprojektowane bez myśli o nocnej pracy potrafią zarejestrować wiele interesujących zjawisk. Na tej podstawie można bezpieczniej planować, jak daleko da się pójść w projektowaniu kolejnej generacji, która nocne obserwacje będzie miała wpisane w DNA misji.

Stary satelita, nowa granica obserwacji Ziemi

Historia Sentinel-2A pokazuje, jak bardzo zmieniło się podejście do satelitów obserwacyjnych. Zamiast po prostu odliczać im kolejne lata pracy, inżynierowie szukają nowych sposobów wykorzystania wciąż sprawnych platform.

Jeśli plany Sentinel-2 Next Generation dojdą do skutku, w kolejnej dekadzie możemy mieć do dyspozycji system, który patrzy na nasze miasta, morza i instalacje przemysłowe nie tylko w południe przy pełnym słońcu, ale także w środku nocy, kiedy wiele procesów – od połowów po spalanie gazu – dopiero nabiera rozpędu. A wszystko zaczyna się od jednego, doświadczonego satelity, który po 10 latach na orbicie dostał szansę, by udowodnić, iż przez cały czas potrafi nas zaskoczyć.