Dai pennelli ai pixel

In Italia sono le 21 del 4 ottobre 1957 quando, come ogni sera alla stessa ora, comincia il notiziario in lingua inglese di Radio Mosca. L’annuncio quella sera è di quelli straordinari: è appena stato inviato in orbita attorno alla Terra il primo satellite artificiale di produzione sovietica. La notizia occupa per giorni le prime pagine di tutti i quotidiani del mondo: “Das planetarische Zeitalter hat begonnen” (È iniziata l’era interplanetaria, “Frankfurter Allgemeine”), “U.S. Views Satellite as Russian Victory” (Gli USA vedono il satellite come una vittoria russa, “Herald Tribune”), “Tutto il mondo ascolta la radio della luna artificiale” (“Corriere della sera”).

Da allora la cosiddetta “corsa alla spazio” vive una accelerazione senza pause e oggi bisogna consultare più fonti per trovare il numero preciso dei satelliti in orbita. Secondo un rapporto ESA a marzo 2025 se ne contano 14.240, dei quali 11.700 funzionanti.
Ci sono talmente tanti nuovi lanci che persino ChatGPT non ci sta dietro quando le si chiede quale sia stata l’ultima missione. Prima risposta: aprile 2025, Project Kuiper da Cape Canaveral, USA, operazione commerciale United Launch Alliance per Amazon/Kuiper.
– Sei sicura? Possibile che in un paio di mesi non sia successo nulla in qualche altra parte del mondo?
– Giusta osservazione, c’è in effetti una missione più recente: l’ESA, l’agenzia spaziale europea, ha inviato in orbita il satellite Biomass lo scorso 29 aprile dalla sua base nella Guyana Francese. Però la missione Kuiper di cui ti scrivevo prima conta 27 satelliti e alcuni sono stati lanciati il 23 giugno.

Per districare un po’ i dati si potrebbe cominciare a distinguere a cosa servono i satelliti. La porzione nettamente più numerosa e in maggiore espansione è quella dei satelliti per le telecomunicazioni e per i sistemi di navigazione e GPS – solo la galassia Starlink di Elon Musk ne conta più di 7.000, cioè più della metà del totale. Le missioni note meno numerose sono quelle puramente scientifiche, cioè che testano nuove tecnologie. In mezzo ci sta un migliaio circa di satelliti per l’osservazione della Terra, come il Biomass di ESA, destinato al monitoraggio dei boschi, oppure le Sentinelle del programma Copernicus che a partire dal 2014 forniscono un contributo inestimabile al monitoraggio del nostro pianeta.

Che dall’alto lo sguardo è più completo lo scrive già Leonardo da Vinci nel 1505, nel “Codice sul volo degli uccelli”: “Sempre il moto dell’uccello debe essere sopra alli nugoli, acciò che l’alia non si bagni, e per iscoprire più paesi…”.
Dal Rinascimento si susseguono dipinti di città e paesaggi che usano una tecnica chiamata proprio “a volo d’uccello”: la veduta di Venezia di Jacopo de’ Barbari è una pietra miliare sia per la storia dell’arte che per quella dell’osservazione della Terra in Europa. In Asia una tecnica simile era usata già prima, per esempio nei dipinti in prospettiva fukinuki yatai (letteralmente: “con il tetto volato via”).

Una visione a volo d’uccello di Bolzano e dintorni, XVIII secolo.

Credit: Gabriel Bodenehr | All rights reserved

Nel 1783 i fratelli Mongolfier sorvolano la città francese di Annonay sul pallone aerostatico che hanno progettato. Ancora oggi i palloni aerostatici vengono sfruttati in ambito scientifico per studiare la qualità dell’aria.
Qualche decennio dopo, con la nascita della fotografia, si aprono possibilità tutte nuove: le macchine fotografiche vengono messe a bordo di mongolfiere, aquiloni, paracadute e infine aerei e droni.
La prima foto aerea archiviata si chiama “Boston, come la vedono l’aquila e l’oca selvatica” e l’ha scattata J.W. Black nel 1860 da una mongolfiera, a circa 630 metri di altezza.
Le foto aeree si impongono per tutta la prima metà del Novecento e, proprio come la tv non ha ucciso la radio, i satelliti non le hanno soppiantate. Ancora oggi i voli aerei continuano, specialmente per testare sensori nuovi. Per esempio, nel 2023 un piccolo Cessna sorvola in due tornate la val Senales: a bordo diversi sensori alla base di una nuova tecnologia sperimentale hanno misurato lo scambio termico tra neve e aria.

Abraham Mejia-Aguilar fa decollare un drone impiegato nel progetto Monalisa. È la prima volta che in Eurac Research si usa questo strumento, insieme a dati satellitari e misurazioni al suolo. Lo studio, in collaborazione con molti partner, serve a migliorare il monitoraggio ambientale nel settore agricolo.

Credit: Eurac Research

Lo Sputnik 1  e tutte le missioni degli anni Sessanta e buona parte degli anni Settanta prolificano nel contesto delle tensioni geopolitiche tra Unione Sovietica e Stati Uniti.
La costellazione di satelliti americani Landsat, per esempio, pur nascendo come missione civile serve anche a monitorare in segreto le risorse economiche dell’Unione Sovietica, in particolare la coltivazione e lo stoccaggio del grano. Lo si viene a sapere solo con il disgelo della Guerra Fredda, quando i dati vengono declassificati.  Nel frattempo nascono le principali agenzie spaziali: l’ESA è del 1975, l’Agenzia spaziale italiana del 1988 e la tedesca Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt del 1997.
Nei primi anni Duemila, Terra e Aqua sono le prime due missioni “aperte” della NASA. Per chi si occupa di osservazione della Terra e telerilevamento è una rivoluzione che si avvicina a quella dello Sputnik: i dati di questi satelliti, derivanti dal sensore MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), danno informazioni su tutto il globo terrestre, e vengono messi a disposizione di tutti, gratuitamente!
Per scaricarli dal sito della NASA basta registrarsi e aspettare qualche giorno. Chi vuole ed è in grado di elaborarli può ricevere i dati direttamente al passaggio del satellite dotandosi di una propria antenna, come si è fatto in provincia di Bolzano a partire dal 2009.

Il satellite Aqua, agosto 2009

Credit: Reto Stöckli | NASA | All rights reserved

MODIS fa scuola.
Tra gli allievi più dotati il programma europeo Copernicus, che ha lanciato finora sei tipologie di satelliti chiamati Sentinel e progetta di lanciarne altri sei con l’espansione del programma entro il 2030.
L’agenzia spaziale cinese annuncia nel 2013 il suo programma CHEOS per l’osservazione della Terra e conta di avere circa 40 satelliti in orbita entro la fine di quest’anno. L’agenzia indiana, che aveva mosso i primi passi già negli anni Ottanta, conta una quarantina di satelliti per il monitoraggio di agricoltura, risorse idriche, pianificazione urbana e sviluppo rurale, attività minerarie, boschi, risorse oceanografiche e disastri ambientali.
Al momento la maggior parte di queste missioni ha scopi dichiaratamente civili e i dati sono aperti, anche se spesso includono un ambito cosiddetto di “security”, per esempio per il monitoraggio dei confini. Ci sono poi i sistemi cosiddetti “duali”, come i satelliti italiani COSMO-SkyMed, che operano sia per scopi civili che militari. Delle tecnologie con scopi esclusivamente militari verremo probabilmente a conoscenza solo quando i dati verranno declassificati.

Bye Bye Antenna

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Nei primi anni Duemila la Provincia autonoma di Bolzano vuole un sistema innovativo per monitorare il territorio e prende in considerazione la tecnologia satellitare che proprio in quegli anni si sta affermando grazie alla crescente disponibilità di immagini. Nel 2009 diventa operativa un'antenna di ricezione sul Corno del Renon: una sfera bianca del diametro di sei metri su un traliccio alto una trentina di metri in cima al Corno del Renon; all’interno una parabola di 5,20 metri che riceve dati satellitari in tempo quasi reale per monitorare al meglio le condizioni di neve, qualità dell’aria, copertura nuvolosa e parametri di superficie. Oggi l’antenna del Renon è tecnologicamente superata e per questo viene smantellata, il fatto di averla installata quando era all’avanguardia ci ha dato però un grande vantaggio in termini di tempo: abbiamo acquisito negli anni importanti competenze nell’elaborazione dei dati satellitari e queste risorse umane non vengono certo smantellate. Quanto all’antenna pensionata, godrà di una seconda vita nell’istituto tecnico TFO “Max Valier” di Bolzano, dove le classi la useranno per familiarizzare con le tecniche di telerilevamento.

Negli ultimi dieci-quindici anni lo spazio si è affollato di satelliti privati, lanciati da aziende che offrono servizi a pagamento. Sono perlopiù immagini a risoluzione molto alta e intervalli di rivisitazione – cioè di passaggi sullo stesso luogo – anche giornalieri. Tra le principali aziende private attive nell’osservazione della Terra ci sono l’americana Planet Labs Inc. con circa duecento satelliti, e la cinese Chang Guang, con i suoi oltre cento satelliti Jilin.
Spesso queste aziende coprono nicchie del settore e si fanno pagare profumatamente.
Per esempio la società finlandese ICEYE promuove le immagini radar dei propri satelliti per il monitoraggio degli oleodotti. Non fornisce listini prezzi standard, ma stimando un prezzo plausibile di circa 5-6 euro al chilometro quadrato, si può azzardare una stima della cifra che deve sborsare una compagnia petrolifera che voglia individuare perdite o rotture nelle pipeline, monitorare scavi non autorizzati o furti e verificare di essere in regola con tutte le norme ambientali e di sicurezza. Con una copertura di 500-1.000 chilometri quadrati di zone critiche – che corrispondono a circa 200 chilometri di metri lineari – e monitoraggi bisettimanali si arriva rapidamente ai 50mila euro al mese. E se è vero che si possono avere sconti sui pacchetti, è vero anche che spesso servono società intermediarie di servizi per interpretare le immagini. E anche queste si fanno pagare.

Nella cornice del progetto GLISTT, in collaborazione con l’Università di Innsbruck e la Protezione civile della Provincia autonoma di Bolzano abbiamo sviluppato un sistema per il monitoraggio dei ghiacciai in Alto Adige e Tirolo che combina misurazioni tradizionali sul campo con avanzate tecniche di telerilevamento satellitare. Qui ci sono due immagini che mostrano i ghiacciai del gruppo del Grossvenediger, in Titolo: la prima è del 22 agosto 1985 e arriva dal satellite Landsat-5, la seconda è del 10 settembre 2023 e arriva dal satellite Sentinel-2. La riduzione dei ghiacciai in quasi 40 anni è evidente. A scala regionale, le immagini acquisite dai due satelliti possono apparire simili in termini di qualità. Credit: NASA/Landsat-5 /Processing by Mattia Callegari Credit: ESA/Sentinel-2 /Processing by Mattia Callegari

La differenza diventa evidente quando si osservano aree più ristrette: Sentinel-2 offre una risoluzione spaziale nettamente superiore rispetto a Landsat-5, consentendo un’analisi molto più dettagliata del territorio.Credit: NASA/Landsat-5 /Processing by Mattia Callegari Credit: ESA/Sentinel-2 /Processing by Mattia Callegari

Ancora a metà degli anni Novanta non erano rare pubblicazioni che si basavano sulla analisi di due-tre immagini satellitari. Oggi anche lo studio più semplice ne ha a disposizione centinaia, quando non migliaia.
A inizi anni Duemila una singola immagine MODIS pesava in media 100-200 mega. Oggi ogni immagine dei satelliti Sentinel si aggirara intorno a uno-due giga.
Chi maneggia così tanti dati e così pesanti difficilmente può permettersi di elaborarli in locale: l’hardware per riceverli e i server per stoccarli costano troppo. Google Earth Engine ha offerto per primo una alternativa: tu paghi l’accesso al loro cloud server, i dati satellitari rimangono lì, ti fai le tue elaborazioni e ti scarichi i risultati.
Oggi le piattaforme simili a Google Earth Engine sono numerose, tra queste quelle finanziate dalla Unione europea che danno accesso centralizzato ai dati ESA Copernicus. OpenEO, iniziato nel 2017, è stato il primo progetto di Eurac Research che ha contribuito a standardizzare l’interfaccia dei sistemi cloud. Al momento quasi tutti i nostri progetti si appoggiano a queste piattaforme.

Per chi si occupa di osservazione della Terra, questa è una nuova grande rivoluzione.