Historia teleskopów
i obserwacji Ziemi

Początki fotografii lotniczej

Pierwsze w historii zdjęcie lotnicze zostało wykonane przez Gasparda-Félixa Tournachona w 1858 roku z pokładu balonu. Fotograf sfotografował miejscowość Bièvre we Francji, wykorzystując technikę fotografii mokrej płyty kolodionowej (wet plate collodion).

Trzydzieści lat później, w 1888 roku, Arthur Batut, wykorzystując aparat fotograficzny przymocowany do latawca, wykonał zdjęcia lotnicze miejscowości Labruguière. Co ciekawe, fotografie były wykonywane dopiero po osiągnięciu przez latawiec określonej wysokości — w systemie zastosowano wysokościomierz (altimetr).

Kolejnym kamieniem milowym były zdjęcia lotnicze wykonywane z samolotów. Jeden z pionierów lotnictwa, Wilbur Wright, w 1909 roku pilotował samolot wyposażony w aparat fotograficzny.

Wojny często przyspieszają rozwój technologii. Podczas I i II wojny światowej nastąpił intensywny postęp technologiczny — obie strony konfliktu wykonywały dużą liczbę zdjęć lotniczych na potrzeby rozpoznania.

Pierwsze zdjęcie wykonane z przestrzeni kosmicznej powstało 24 października 1946 roku z pokładu rakiety V-2. Rakieta ta została pierwotnie opracowana przez przemysł zbrojeniowy III Rzeszy, jednak po zakończeniu wojny została — wraz z grupą naukowców (w tym Wernherem von Braunem, który później stał się jednym z twórców programu Apollo) — przeniesiona do Stanów Zjednoczonych. Tam była wykorzystywana, w zmodyfikowanych wersjach, jako platforma badawcza. Starty odbywały się z poligonu znajdującego się na pustyni White Sands w stanie Nowy Meksyk. Poniższe zdjęcie zostało wykonane przy użyciu czarno-białej kamery filmowej DeVry 35 mm, ustawionej tak, aby robiła zdjęcie co 1,5 sekundy.

Pierwsze zdjęcia wykonane przez satelitę z orbity powstały 14 sierpnia 1959 roku dzięki amerykańskiemu satelicie Explorer 6, który wykorzystał telewizyjny system skanera punktowego (spot scanner). Głównym celem tej misji nie było jednak obrazowanie Ziemi, lecz badania promieniowania, pola magnetycznego, propagacji fal radiowych w atmosferze oraz mikrometeorytów.

Teleskopy w kosmosie

Wspomniane na końcu poprzedniego rozdziału zdjęcia wykonane z rakiety V-2 czy satelity Explorer 6 były niewątpliwie ważne. Nie można jednak powiedzieć, że platformy, z których je wykonano, umożliwiały ciągłe pozyskiwanie obrazów i danych naukowych. W tej części przyjrzymy się teleskopom, które zostały celowo wysłane w przestrzeń kosmiczną, aby w sposób ciągły zbierać dane. Skupimy się wyłącznie na tych instrumentach, które umożliwiają obserwację Ziemi.

Landsat

Pierwszy satelita amerykańskiego programu Landsat został wystrzelony w lipcu 1972 roku. Do tej pory w ramach programu wyniesiono dziewięć satelitów, z których ostatni został wystrzelony w 2021 roku. Zdjęcia wykonywane z orbity w ramach tego programu są wykorzystywane do analizy zmian oraz obserwacji aktualnego stanu w wielu dziedzinach, takich jak rolnictwo, kartografia, geologia i wiele innych.

Obecnie obrazowanie Ziemi w ramach programu realizują dwa satelity Landsat 8 i Landsat 9, operujące na orbicie heliosynchronicznej (Sun Synchronous Orbit). Zainstalowane na nich sensory zbierają dane w wielu zakresach spektralnych: panchromatycznym, multispektralnym oraz termalnym.

Są to duże satelity, które w momencie startu ważą blisko 3 tony (około 6000 funtów). Wymiary najnowszego z nich wynoszą około 4,5 m × 3 m × 3 m (czyli 15,1 ft × 9,8 ft × 9,8 ft).

Sentinel

Europejskim odpowiednikiem amerykańskiego programu Landsat jest program Copernicus, którego celem jest globalne i ciągłe pozyskiwanie danych z orbity. W jego ramach opracowano serię satelitów Sentinel. Pierwszy z nich trafił na orbitę w kwietniu 2014 roku. Założeniem programu jest częste ponowne obrazowanie tych samych obszarów, tak aby możliwe było wykonywanie porównawczych zdjęć pokazujących zachodzące zmiany w sposób dynamiczny.

Program umożliwia pozyskiwanie danych wykorzystywanych do analizy pogody, rolnictwa, klęsk żywiołowych, a także do badań oceanów.

Inne

Oczywiście istnieje także wiele innych satelitów i konstelacji przeznaczonych do obserwacji Ziemi, jednak nie sposób wymienić ich wszystkich. Coraz więcej państw chce posiadać własne systemy satelitarne — na przykład Polska planuje konstelację PIAST. Pomijając jednak projekty rządowe, w ostatnich latach pojawiło się również wiele firm komercyjnych, które budują własne konstelacje satelitów do obserwacji Ziemi. Jednym z przykładów jest firma Maxar, która operuje konstelacją czterech satelitów, zapewniających zobrazowanie obszaru o powierzchni prawie 4 milionów kilometrów kwadratowych dziennie.

Jak wygląda to dzisiaj?

W ciągu ostatnich dwóch dekad koszt wyniesienia ładunku na orbitę znacząco spadł. W przeszłości wyniesienie jednego kilograma na orbitę przy użyciu promu kosmicznego (Space Shuttle) kosztowało około 54 500 dolarów, podczas gdy dziś ten sam kilogram wysłany rakietą Falcon 9 kosztuje około 2 720 dolarów. Pojawienie się wielu firm z sektora New Space, takich jak SpaceX, Rocket Lab czy Firefly, sprawiło, że również mniejsze przedsiębiorstwa — niebędące agencjami rządowymi — mogą wysyłać na orbitę własne satelity w relatywnie przystępnych cenach. Niższe koszty oraz coraz częstsze starty rakiet umożliwiają firmom takim jak Scanway realny dostęp do przestrzeni kosmicznej.

Obecnie najwyższą rozdzielczość dostępnych komercyjnie zobrazowań zapewnia fińska firma ICEYE. Jej satelity wykorzystują radar z syntetyczną aperturą (SAR – Synthetic Aperture Radar) i są zdolne do obrazowania powierzchni Ziemi z rozdzielczością 25 cm.