Immagini dal Satellite Meteosat

In meteorologia con il termine satellite meteorologico si intende un satellite artificiale in orbita terrestre che viene utilizzato da meteorologi per raccogliere informazioni sulle condizioni meteo-atmosferiche di vaste zone del pianeta (osservazione), consentendone previsioni meteo in tempo reale (nowcasting). Tali satelliti rientrano quindi nel più vasto ambito dei satelliti per telerilevamento dando vita anche alla branca della meteorologia nota come meteorologia satellitare. La meteorologia satellitare fa uso di tali satelliti che sono uno degli strumenti attraverso i quali si può ottenere una previsione meteorologica su un dato territorio fino ad un massimo di 15 giorni grazie anche all'utilizzo congiunto dei dati osservati sulla superficie terrestre attraverso la rete delle stazioni meteorologiche e dei modelli numerici di previsione meteorologica.

Storia

primo satellite meteorologico fu il Vanguard 2, lanciato il 17 febbraio 1959; doveva misurare la copertura delle nubi, ma al momento di entrare in orbita l'asse di rotazione del satellite venne orientato male, così poté raccogliere poche informazioni. Il primo satellite meteorologico che raggiunse un successo pieno fu il TIROS-1, che venne lanciato il 1 aprile 1960 e trasmise per 78 ore. Tiros 1 aprì la strada al programma Nimbus, che ha portato allo sviluppo dei moderni satelliti meteorologici lanciati dalla NASA. I primi satelliti meteorologici ad essere realizzati in Europa furono i Meteosat; il primo di essi, il Meteosat 1, fu lanciato il 23 novembre 1977.

I satelliti meteorologici si suddividono in:

- Satelliti geostazionari
- Satelliti polari

Il satellite geostazionario è un satellite che si trova in una orbita geostazionaria, cioè in posizione sempre costante, seguendo l'orbita terrestre, est-ovest, e sopra l'equatore.
Il satellite polare, invece è un satellite che segue l'orbita polare nord-sud passando sopra i poli. In tal modo il satellite riesce a monitorare longitudinalmente tutte le zone del pianeta compresi i poli.

Orbita Geostazionaria e Satelliti Geostazionari

Rappresentazione in scala dell'orbita geostazionariaUn'orbita geostazionaria è un'orbita circolare ed equatoriale, situata ad una altezza tale che il periodo di rivoluzione di un satellite che la percorre coincide con il periodo di rotazione della Terra. È un caso particolare di orbita geosincrona.
Tale orbita viene definita 'geostazionaria' in quanto per un osservatore a terra, il satellite appare fermo in cielo, sospeso sempre al di sopra del medesimo punto dell'equatore, muovendosi alla stessa velocità angolare della Terra.
Per pianeti diversi dalla Terra, tale orbita è anche detta isosincrona. Non per tutti i pianeti è possibile che vi sia un'orbita stazionaria, in quanto la loro velocità di rotazione può essere tale da richiedere che il satellite stia in un'orbita troppo vicina oppure troppo lontana per essere stabile.

Nel caso della Terra, il satellite deve percorrere l'orbita in un tempo uguale al giorno siderale, Trot = 23 h 56 min 4,09 sec = 86164,09 sec.

La quota dell'orbita geostazionaria è fissa e, come osservato nella sezione precedente, deriva dal fatto che orbite a quote diverse hanno periodi di rivoluzione diversi, sempre più lenti man mano che ci si allontana dal pianeta. L'orbita con un periodo di rivoluzione pari a 23 ore, 56 minuti e 4,09 secondi (un giorno siderale) si trova a 35'790 km dalla superficie terrestre, ed un satellite che la percorre si muove a circa 3 km/s, pari a 11000 km/h. Per un osservatore a terra sarà come se il satellite fosse fermo sopra di lui: di qui l'espressione geostazionario riferita al satellite e geostazionaria riferito all'orbita.

L'orbita geostazionaria è molto ambita per una quantità di satelliti artificiali: telecomunicazioni, previsioni del tempo, satelliti spia. Tale è l'affollamento che l'orbita è suddivisa in pezzetti dei quali si tiene il conto di quelli rimasti liberi ed occupati, e da alcuni anni un satellite deve lasciare libero il posto alla fine della sua vita operativa, spostandosi su un'orbita più alta o più bassa.

Area della superficie terrestre osservabile dall'orbita geostazionaria:
Un satellite posto in tale orbita può osservare quasi un intero emisfero terrestre, poiché l'ampiezza del suo orizzonte equivale ad un cerchio con un diametro di circa 18'000 chilometri, che è sempre centrato sull'equatore. Questa dimensione corrisponde a 81,4 gradi di latitudine o longitudine in ogni direzione.

Curiosità

L'orbita geostazionaria della Terra è anche chiamata Fascia di Clarke, dal nome di Arthur C. Clarke, scrittore di fantascienza famoso soprattutto per essere l'autore di "2001: Odissea nello spazio", dal quale venne tratto l'omonimo film. Egli fu il primo che ipotizzò, in un articolo per una rivista,[1] l'utilizzo dell'orbita geostazionaria per i satelliti dedicati alle telecomunicazioni.
Alcuni Paesi, come il Brasile, il Congo, l'Uganda, lo Zaire e la Colombia, rivendicarono la supremazia territoriale sull'orbita geostazionaria e consacrarono questa loro volontà di dichiararsi sovrani nella dichiarazione di Bogotà del 1976, dichiarazione rimasta sulla carta e mai riconosciuta dagli altri Stati.

Satelliti Polari

Un'orbita polare è un'orbita che permette al satellite che la percorre di passare sopra entrambi i poli del corpo celeste su cui ruota (ad esempio un pianeta). Quindi l'orbita polare è un caso particolare di orbita inclinata rispetto al piano equatoriale terrestre con un'inclinazione molto vicina ai 90° rispetto all'equatore. Le orbite polari si possono suddividere anche in morning orbit o afternoon orbit, in base all'ora in cui il satellite attraversa l'equatore.

Una volta fissato il piano orbitale, perpendicolare alla rotazione del corpo centrale, il satellite passerà sopra il pianeta con diverse longitudini, quindi passerà sopra ogni regione del corpo centrale. Per questa caratteristica, l'orbita polare è spesso utilizzata per missioni di mappatura e osservazione terrestre ovvero telerilevamento e satelliti meteorologici.

Poiché non esistono orbite geostazionarie polari, per ottenere un'esposizione su un solo polo per lungo tempo, benché a grande distanza, vengono utilizzate delle orbite ellittiche con grandi eccentricità e con apogeo sopra la zona da osservare: queste orbite, molto utilizzate dall'Unione Sovietica durante la Guerra Fredda, sono definite orbite Molniya.

Satelliti Meteosat

Il sistema Meteosat è una costellazione di satelliti artificiali meteorologici geostazionari comandata da EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites). I satelliti Meteosat sono riconducibili a tre diversi programmi. Il programma Meteosat Transition Programme (MTP) è stato pensato per assicurare continuità operativa tra la fine del positivo Meteosat Operational Programme nel 1995 e l'inizio del progetto Meteosat Second Generation (MSG), che ha iniziato la sua missione all'inizio del 2004 con l'uso di satelliti migliorati tecnologicamente. L'MTP ha assicurato una sovrapposizione con il programma MSG per assicurare, nelle intenzioni quantomeno fino alla fine del 2005, la continuità del vecchio sistema Meteosat.

Prima Generazione

La prima generazione di satelliti Meteosat, da Meteosat-1 fino a Meteosat-7, assicura osservazioni meteorologiche continue ed affidabili ad una vasta comunità di fruitori. Un satellite Meteosat di prima generazione fornisce immagini della Terra e della sua atmosfera con cadenza di 30 minuti tramite radiometri. Le immagini si riferiscono a tre diversi canali spettrali: uno nel visibile (0.5-0.8 μm), uno nell'infrarosso termico (10.5-12.5 μm) ed uno nella banda di assorbimento del vapore acqueo nell'infrarosso (5.7-7.1 μm). Da notare che la prima generazione di satelliti Meteosat non è dotata di scanner multispettrale, ma i tre canali sono forniti da quattro (per il visibile ce ne sono due) distinti sensori. La risoluzione a terra è di 2.5 km per 2.5 km nel visibile e di 5 km per 5 km nell'infrarosso. A bordo è presente anche il Meteosat Visible and Infrared Imager (MVIRI), uno strumento in grado di fornire a terra immagini meteorologiche già preprocessate. I satelliti Meteosat di prima generazione supportano anche la ritrasmissione di dati che ricevono da piattaforme remote poste su aerei o in mare e la diffusione di dati meteorologici in formato testo e grafico.
Questi satelliti sono stati costruiti da un consorzio COSMOS composto in primis da Aerospatiale nel suo Cannes Mandelieu Space Center e da Matra, MBB, Alenia Aeronautica, Marconi Company.
Sono caratterizzati da una lunghezza di 3.195 metri ed un diametro di 2.1 metri. La massa iniziale in orbita è di 282 kg e ruotano attorno al proprio asse a 100 giri al minuto.

Seconda Generazione

Il contratto per la costruzione dei satelliti di seconda generazione è stato assegnato ad Aerospatiale, che ha iniziato i lavori presso il Cannes Mandelieu Space Center (che fa parte del Thales Alenia Space center), con la collaborazione principalmente di Matra, Messerschmitt ed Alenia Aeronautica.
La seconda generazione deve rispondere alle necessità degli utenti in termini di Nowcasting applications e Numerical Weather Prediction. Il nuovo strumento noto come GERB ricava dei dati importanti per la ricerca ed ilmonitoraggio del clima. Lo scanner multispettrale è in grado di operare in 12 diverse bande, legate a diversi fenomeni atmosferici: 2 nel visibile e 9 nell'infrarosso caratterizzate da una risoluzione a terra di 3 km per 3 km ed 1 pancromatica con risoluzione 1 km per 1 km.
Per quanto riguarda la stabilizzazione dello spin, i nuovi satelliti sono analoghi ai vecchi, ma ci sono stati dei miglioramenti nel design. I dati raccolti sono più frequenti e ricchi e favoriscono la tempestiva previsione di fenomeni meteorologici pericolosi come i temporali, la formazione di nebbia, e lo sviluppo delle piccole, ma allo stesso tempo intense depressioni che causano la formazione di devastanti tempeste.

I meteosat di seconda generazione sono caratterizzati da un diametro di 3.2 m eduna lunghezza di 2.4 m. La rotazione è antioraria alla velocità di 100 giri al minuto a un'altitudine di 36,000 km.
Il 29 gennaio 2004 il primo satellite Meteosat di seconda generazione, MSG-1, poi chiamato Meteosat-8, ha iniziato le operazioni di routine. Oltre al payload principale SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager), Meteosat-8 porta a bordo anche il payload secondario GERB (Geostationary Earth Radiation Budget).
Il lancio di MSG-2 (poi chiamato Meteosat-9) ha avuto luogo il 21 dicembre 2005.

Alla fine di giugno 2007 Meteosat-6, -7, -8 e -9 erano tutti operativi contemporaneamente. Meteosat-6 and -7 stazionano sull'Oceano Indiano, Meteosat-8, e -9 sono posizionati sopra l'Africa con varie differenze nella configurazione, Meteosat-6 fornisce servizi GPS ed è un backup di Meteosat-7, che fornisce la copertura dell'Oceano Indiano (ogni 30 minuti). Meteosat-8, oltre ad essere il backup di Meteosat-9, fornisce un servizio di scansione rapida della situazione europea, iniziato nel secondo trimestre del 2008, caratterizzato dalla capacità di fornire un'immagine ogni 5 minuti. Meteosat-9 invece acquisisce le immagini principali della zona euro-africana (un'immagine ogni 15 minuti).

Il lancio di MSG-3 è pianificato per il 2010 e quello di MSG-4 per la prima metà del 2013. Come MSG-1 e MSG-2, MSG-3 e MSG-4 dovrebbero essere lanciati da Arianespace.

Payload secondario

Entrambi i satelliti operativi di seconda generazione hanno a bordo un Search and Rescue signal Processor (SARP), che è in grado di captare i segnali di pericolo (o distress signals) dai dispositivi distress radiobeacons a frequenze di 406 MHz. Questo aspetto può essere approfondito alla voce COSPAS-SARSAT. (1)