СОЛНЦЕ-СИНХРОННАЯ
СПУТНИКИ НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМЛИ

Чтобы увидеть, как сокращается лес или отступает ледник, сравнивают снимки, сделанные с разницей в годы. Это работает, только если освещение одинаково: тот же угол Солнца, те же тени. Поэтому спутники наблюдения Земли летают по солнечно-синхронным орбитам и проходят над каждой точкой в одно и то же местное солнечное время. Sentinel-2 пересекает экватор в 10:30 утра — компромисс между достаточным освещением и облаками, которые нарастают к середине дня [3].

Первый Landsat, запущенный как ERTS-1 23 июля 1972 года, уже летал по такой орбите: 917 км, наклонение 99,2°, пересечение экватора около 9:42 утра [1]. Landsat 9, запущенный 27 сентября 2021 года, летает на 705 км с наклонением 98,2° и пересекает экватор около 10:12 [2]. Оба наклонения чуть больше 90° — орбиты слегка обратные. Почему — в следующей главе.

Земля обходит Солнце за год, поэтому направление на Солнце смещается на 360° за 365,24 суток — около 0,986° в сутки. Орбита, неподвижная в пространстве, постепенно смещалась бы по местному времени. Но Земля — не шар: её экватор выпирает, и это описывает коэффициент J₂. Дополнительное притяжение вздутия заставляет плоскость наклонной орбиты поворачиваться вокруг оси Земли, и скорость поворота зависит от высоты и наклонения.

Прямая орбита поворачивается к западу, слегка обратная — к востоку. Подберите наклонение так, чтобы поворот к востоку был ровно 0,986° в сутки, и орбита весь год сохранит угол к Солнцу. Двигайте высоту и смотрите нужное наклонение — и сравните с Landsat 1, Landsat 9 и Sentinel-2, чьи опубликованные наклонения взяты из их собственных расчётов орбит [1][2][3].

За каждый виток спутник снимает полосу — у Landsat 9 шириной 185 км [2], — а Земля под ним поворачивается. При примерно 14,5 витках в сутки соседние трассы одного дня разнесены на экваторе примерно на 2750 км, и на заполнение промежутков уходят дни. Орбита Landsat подобрана так, чтобы трасса точно повторялась каждые 16 суток [2]; у Sentinel-2 с полосой 290 км цикл 10 суток, а два спутника на полвитка друг от друга видят одно и то же место каждые 5 суток [3].

Компромисс неизбежен: более широкая полоса означает более частую съёмку, но обычно более крупные пиксели или больший прибор, а более низкая орбита — более чёткие снимки, но большее сопротивление и более узкий обзор. Попробуйте ширину полосы и высоту ниже и сравните грубую оценку периода с реальными циклами.

Landsat 9 снимает с пикселями 30 м в видимом и коротковолновом ИК-диапазонах, 15 м в панхроматическом канале и 100 м в тепловом ИК [2]; Sentinel-2 — в каналах 10, 20 и 60 м [3]. Телескоп не может превзойти свой дифракционный предел: наименьший различимый угол — около 1,22 λ/D, так что с высоты h самая мелкая деталь на земле — около 1,22 λ h / D (о картине Эйри, стоящей за этим, — в ПАРАБОЛЕ).

Длина волны теплового ИК (11 мкм) примерно в 17 раз больше, чем у красного света, поэтому тот же телескоп видит тепловые детали примерно в 17 раз грубее — одна из причин, по которым у тепловых каналов пиксели крупнее. На практике обзорные миссии выбирают пиксели крупнее дифракционного предела, жертвуя чёткостью ради широкой полосы и разумного объёма данных.