Gli occhi satellitari di Google Earth e Maps

Di - 26 February 2014 - in
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Ci è talmente familiare che quasi non ce ne accorgiamo. Il layer della vista satellitare di Google Earth e Maps, che sembra quasi la texture di un videogioco iperrealistico, costituisce una rappresentazione della superficie terrestre di straordinaria accuratezza e utilità.

Google non raccoglie direttamente quelle immagini come per Street View, ma si affida ad alcuni operatori specializzati nell’osservazione satellitare della Terra. Fra i più conosciuti c’è il gestore del programma Landsat iniziato dalla National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) americana.

L’operatore satellitare DigitalGlobe

Il più interessante operatore privato di cui è cliente Google è DigitalGlobe, che ha svolto un ruolo pionieristico nello sfruttamento commerciale delle immagini satellitari per la mappatura e il monitoraggio delle risorse terrestri.

Con sede a Longmont, nel Colorado, dove è stata fondata nel 1992, DigitalGlobe è una società per la vendita di immagini satellitari. Nel 1992 ottenne la prima licenza commerciale di osservazione satellitare ad alta risoluzione, un’attività fino ad allora riservata agli enti governativi e militari americani.

DigitalGlobe gestisce una serie di satelliti di cui vende le immagini. Fra i suoi clienti ci sono agenzie federali americane, enti di pianificazione urbanistica, aziende minerarie e per lo sfruttamento delle risorse naturali, società fornitrici di energia, e altri.

Un cliente importante è Google, che utilizza le immagini della società di Longmont nei propri prodotti di mappatura Google Earth e Maps. DigitalGlobe vende immagini anche ad altri colossi dell’informatica e del web come Microsoft per Bing Maps e Apple per Apple Maps.

L’azienda iniziò l’osservazione fotografica con una serie di satelliti sempre più avanzati: Early Bird 1, QuickBird, WordldView 1 e 2. Nel 2014 è previsto il lancio del più recente della serie attuale, WorldView-3, che consentirà riprese ad una risoluzione molto elevata. WorldView-3 è attualmente in costruzione presso gli stabilimenti della società Ball Aerospace, che ha realizzato molti importanti satelliti scientifici e sonde spaziali per la NASA.

Il satellite WorldView-3

Il satellite WorldView-3 ha l’aspetto di un telescopio spaziale. Ricorda per esempio l’osservatorio orbitante Hubble. Il corpo, lungo poco meno di sei metri, è costituito da un tubo che in parte è a sezione esterna poligonale, verso un’estremità del quale sono fissati due pannelli solari.

Il sistema ottico è simile a quello di un tipo di telescopio denominato riflettore. Un’estremità del tubo è aperta per permettere l’ingresso della luce che raggiunge all’estremità opposta uno specchio concavo, l’obiettivo. La luce concentrata dall’obiettivo è poi inviata, attraverso altri specchi ed elementi ottici, verso il piano focale. L’immagine formata nel piano focale viene acquisita da sensori elettronici e trasmessa a terra.

I satelliti per l’osservazione della Terra come quelli della serie WorldView vengono immessi in un’orbita polare, che nel caso di WorldView-3 avrà un’altitudine di circa 617 km. L’orbita è eliosincrona, cioè consente al satellite di sorvolare determinate zone della Terra sotto le stesse condizioni di illuminazione solare. Queste caratteristiche garantiscono l’uniformità delle condizioni di ripresa delle immagini.

Le immagini della Terra

Il sensore elettronico che acquisisce l’immagine nel piano focale di WorldView-3 non ha la forma di una matrice di pixel come nelle comuni fotocamere digitali. È invece un sensore CCD lineare con un vettore monodimensionale di pixel che rappresenta una delle due dimensioni dell’immagine.

Il sensore è orientato perpendicolarmente alla direzione di volo orbitale, in modo che il movimento generi la seconda dimensione dell’immagine durante l’esposizione. Questa modalità di costruzione e disposizione del sensore del sistema di ripresa, comune a molti satelliti artificiali e sonde spaziali in orbita intorno ad altri pianeti, viene definito push broom.

Vista satellitare di Milano in Google Earth per Android su un Nexus 7. Credit: Google, Digital Globe

Vista satellitare di Milano in Google Earth per Android su un Nexus 7. Credit: Google, Digital Globe

Le immagini ottenute con un sistema push broom hanno la forma di strisce lunghe e strette. Nel caso di WorldView-3, un’immagine inquadrerà una striscia di superficie terrestre larga poco più di 13 km e lunga decine o centinaia di km.

Le immagini del nuovo satellite avranno una risoluzione massima di una trentina di centimetri, che potranno però essere distribuite solo a istituzioni governative americane. DigitalGlobe potrà fornire ai clienti commerciali come Google solo versioni a una risoluzione inferiore, una sessantina di centimetri. I satelliti da ricognizione militare o di intelligence sono gli unici a cui è consentito sfruttare completamente la tecnologia e osservare dettagli di pochi centimetri.

Sebbene l’orbita dei satelliti WorldView permetta di tornare a riprendere le stesse zone della Terra a distanza di meno di un giorno, le applicazioni di mappatura digitale in genere non richiedono una simile continuità di osservazione. Le viste di Google Earth e Maps vengono aggiornate al massimo entro un paio di anni.

Uno sguardo ravvicinato

I satelliti non sono l’unico occhio con cui Google osserva e costruisce le rappresentazioni della Terra. Le immagini satellitari sono utilizzate prevalentemente nelle viste a largo campo a bassa e media risoluzione di Google Earth e Maps. A queste scale i satelliti permettono di riprendere efficientemente vaste aree della superficie terrestre.

Le immagini ad alta risoluzione per i prodotti di mappatura in aree più limitate, come le città e i centri maggiori, vengono invece ottenute con tecniche di fotografia aerea. Velivoli attrezzati per la ripresa fotografica sorvolano le città a quote di alcune centinaia di metri mostrandoci molti dettagli del territorio che, insieme con le visioni d’insieme da satellite, ci aiutano a pianificare gli spostamenti e conoscere l’ambiente, suscitano meraviglia ed evocano ricordi.

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Paolo vive a Milano dove si occupa di divulgazione e didattica dell'astronomia e dello spazio. Per le sue attività informatiche ha scelto Linux, Android e i prodotti Google, che segue e approfondisce.

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