Spørg Scientariet: Hvordan tager man så detaljerede satellitbilleder?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Spørg Scientariet: Hvordan tager man så detaljerede satellitbilleder?

Bjørn J. Hansen spørger: Hvordan kan man slippe af sted med at tage så detaljerede billeder af Jordens overflade fra satellitter i kredsløb? Telelinser til almindelige kameraer vejer flere kilo og er op til en halv meter lange, og de kan ingenlunde tage detaljerede billeder af små objekter flere kilometer væk. Hvilken type optik/kamera-teknologi benytter man til at tage de satellitfotos, vi eksempelvis ser på Google Maps?

Flemming Hansen, Senior Consultant, civilingeniør, ph.d., RadioLab Consulting, svarer:

'Finheden' af de detaljer, man kan se fra rummet, afhænger både af den højde, satellitten kredser i, diameteren af det teleskop, satellitten er udstyret med, og lysets bølgelængde. Alle optiske instrumenter er underlagt loven om diffraktion, som bevirker, at et punktformet objekt, f.eks. en stjerne, 'udtværes' til en skive, når man ser den i et teleskop.

Diameteren af den udtværede stjerne er omvendt proportional med teleskopets åbningsdiameter. Dette gælder, uanset om man kigger ud i universet på stjernerne eller på detaljer nede på Jorden. Et teleskop med en åbning på 100 mm vil kunne adskille en dobbeltstjerne, hvor de to står lidt over 1 buesekund (1/3.600 grad) fra hinanden på himlen. Denne lov kaldes Dawes' Limit. For at opnå en optik, der er 'diffraktionsbegrænset', skal spejle og linser være udført med høj præcision, med fejl i overfladerne, der er en brøkdel af en lysbølgelængde.

Omsat til en satellit, der kigger på Jorden fra en bestemt banehøjde, kan man sige, at for at opnå en ønsket detaljeringsgrad kræver det et teleskop med en diameter bestemt ved hjælp af Dawes' Limit. Jordobservationssatellitter, der tager detaljerede billeder af Jorden, har typisk baner omkring 600-800 kilometers højde. De mest detaljerede billeder af Jorden fra rummet, der er tilgængelige for almindelige mennesker, har en opløsning på 0,41 meter. Disse billeder leveres af satellitten GeoEye-1 med en 684 km bane. 0,41 m set fra 684 km højde svarer til 0,124 buesekund. For at se disse detaljer kræves et teleskop med en åbningsdiameter på 1,1 m, altså ikke nogen lille satellit (til sammenligning har Hubble-rumteleskopet en diameter på 2,4 m).

Rygterne omkring spionsatellitter siger bl.a., at de kan læse nummerpladerne på bilerne på vejene. Dette ville kræve en opløsning på omkring 1 cm, hvilket med loven om omvendt proportionalitet kan omsættes til et teleskop med en åbningsdiameter på 45 meter i samme bane som GeoEye-1! Dette er naturligvis ikke muligt - selv ikke for US Air Force, som driver de amerikanske spionsatellitter. Naturlovene gælder heldigvis også for dem, uanset hvor mange penge de har til rådighed.

Spionsatellitterne er begrænset af, hvor store satellitter selv de kraftigste løfteraketter kan opsende, hvilket er ca. 5 meter i diameter. Derfor kan teleskopets åbning ikke blive større end ca. 4 meter. Dette vil give en opløsning på ca. 12 cm fra samme banehøjde som GeoEye-1, og derfor vil det være en fordel at opsende spionsatellitterne i en noget lavere bane. Dette har den ulempe, at levetiden for satellitten på grund af den smule luftmodstand, der er i lave baner om Jorden, forkortes, med mindre den har brændstof om bord, der gør det muligt for den at løfte banen med jævne mellemrum. Alt dette gør, at spionsatellitter bliver på størrelse med en turistbus og kræver de kraftigste løfteraketter, man har.

Den anden udfordring ved spionsatellitter opstår på grund af den store hastighed, der kræves for at holde satellitten i banen, 27.500 km/heller 7,6 km/sek i f.eks. 450 km højde. Dette svarer til, at 'subsatellitpunktet' på jordoverfladen bevæger sig med 7,1 km/sek. Hvis man ønsker 10 cm opløsning vil lyset fra én pixel kun nå detektoren i 1/71000 sekund eller 13 mikrosek. Dette er for kort tid til at samle lys nok, og derfor må man i detektoren 'flytte' billedet synkront med satellittens bevægelse, så hver pixel eksponeres i længere tid inden data udlæses til computeren. Dette kaldes Time Delay Integration (TDI).

En spionsatellit trækker et spor hen over Jorden som en fejekost og har typisk 40-50.000 pixels på tværs af sporet svarende til 4-5 km bredde. Det er ikke ret meget, når Jordens omkreds er ca. 40.000 km. Derfor skal man på forhånd vide, hvad man vil tage billeder af og kende positionen ret nøjagtigt, og satellitten skal kunne indstilles til både at kigge skråt til venstre og højre for lodret ned, så man dække det ønskede område.

Alt dette er baseret på mine 25 års erfaring med satellitter og beregninger af, hvad der er muligt inden for naturlovenes begrænsninger og de til rådighed værende raketters løfteevne. Der er meget lidt tilgængelig information om spionsatellitter i de åbne kilder, men rigeligt med rygter og gisninger i omløb.

Bilederne på Google Earth og Google Maps stammer fra kommercielle satellitter samt ESA- og Nasa-satellitter, så man kan sammenstykke et komplet billede af hele Jorden. Når man zoomer helt ind i Google Earth benytter man luftfotos med en opløsning på typisk omkring 10 cm, men så detaljerede billeder findes kun over tætbeboede områder. I de øde områder må man nøjes med satellitbillederne.

Dokumentation

Læs mere og stil dine egne spørgsmål

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Spørgeren har sandsynligvis bare ligget under for den udbredte fejlopfattelse at nærbillederne på Google Maps er taget med satellit og ikke fly, som det er tilfældet.

  • 0
  • 0

mon ikke de kunne have flere sataliter til at arbejde sammen hvis de virkelige vill have den størrelse opløsning ?.... vi har da allerede brugt dem teknisk en del steder på jordne så vidt jeg ved.. med at få flere små teleskopper til at virker som en kæmpestor

  • 0
  • 0

Du har delvist ret Kristian - jeg har før hørt, at Google Maps er baseret på luftfotos fra fly, men Flemming Hansen bekræfter jo stadig, at man kan tage billeder med 12cm opløsning fra 6-800 kilometers afstand, hvilket jeg synes er ganske imponerende!

Og det var teorien og fysikken bag détte faktum, som jeg var nysgerrig efter at vide mere om.

  • 0
  • 0

Syntetisk Apertur Radar (SAR) fungerer kun ved radar og kun ved radiobølger, fordi man skal have kendskab til signalets fase (kohærent signsalbehandling). Dette er muligt ved radiobølger, fordi man selv laver signalet om bord (radar-pulserne) og fordi man benytter et spektralren oscillator til at bestemme frekvensen. Ved optagelse af optiske satellitbilleder benytter man for det første ikke radar og for det andet er det synlige lys bredspektret (inkohærent), hvilket umuliggør en signalbehandling som i en SAR.

I artiklen nævnte jeg ikke lufturoen, som er et velkendt fænomen for alle som kigger ud i universet med et teleskop, men det gør sig også gældende når man kigger nedad fra en satellit. Jeg har bare adrig kunne finde noget om betydningen af lufturo ved højopløsnings satellitbilleder.

Banehøjden for en spionsatellit med 10 cm opløsning vil være et kompromis mellem at komme så tæt på jorden som muligt for at få bedst mulig opløsning og den mængde brændstof, man kan have med for at løfte banen og holde satellitten i kredsløb længst muligt. Jeg gætter på at spionsatellitterne går i baner mellem 300 og 400 km.

  • 0
  • 0

Jeg troede man benyttede sig af 1 punkts fotos og simpelthen lod satellitten rotere så rotationshastigheden bestemte opløsningen. På den måde ville man jo kunne bruge væsentligt mindre optik.

  • 0
  • 0

Spørgeren har sandsynligvis bare ligget under for den udbredte fejlopfattelse at nærbillederne på Google Maps er taget med satellit og ikke fly, som det er tilfældet.

I så fald er der intet at bebrejde spørgeren - kik en gang på Google.maps.com - knappen hedder"Satellit" og IKKE "aerial photos/ luftfoto etc"

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten