Z okazji lotu Sławosza Uznańskiego-Wiśniowskiego kilka osób pytało mnie o fotografowanie Ziemi z pokładu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), a zwłaszcza o to, kiedy wreszcie pojawią się zdjęcia Polski. I nie chodziło tu tyle o zdjęcia nocne, które dla mnie osobiście są cenne naukowo, ale o takie „zwykłe”, dzienne fotografie. Sprawa wygląda następująco. Będzie technicznie, ale sami się o to prosiliście…

Od razu zaznaczam, że nie wiem, jak Sławosz ma rozpisany harmonogram dnia i czy plan przewiduje specjalne sesje fotograficzne. Specjalne, bo okazjonalnie każdy astronauta robi zdjęcia Ziemi. (Formalnie, żaden z eksperymentów IGNIS nie obejmuje obserwacji Ziemi.) Wiem natomiast, gdzie i kiedy będzie znajdowała się stacja kosmiczna, a co za tym idzie, czy będzie techniczna możliwość fotografowania naszego kraju — za dnia. Nie obejdzie się jednak bez odrobiny teorii.

ISS i inne stacje kosmiczne poruszają się po trajektoriach znacznie różniących się od klasycznych orbit wykorzystywanych w misjach satelitów do obserwacji Ziemi. Te klasyczne to tzw. orbity heliosynchroniczne. W skrócie: płaszczyzna orbity jest tak zorientowana względem Słońca, by satelita przelatywał nad danym obszarem zawsze o tej samej porze lokalnego czasu słonecznego. Na przykład europejskie satelity meteorologiczne serii MetOp zbierają dane zawsze około godziny 9:30 czasu lokalnego (oraz 12 godzin później, czyli około 21:30). Wtedy i tylko wtedy.

Aby orbita miała cechy heliosynchronicznej, musi spełniać kilka warunków. Jej nachylenie do płaszczyzny równika musi być duże, ponad 90 stopni, co oznacza orbitę okołobiegunową i ruch wsteczny względem obrotu Ziemi. Wysokość orbity również musi być odpowiednia. Po co to wszystko? Dzięki temu możliwe jest obserwowanie każdego zakątka Ziemi, ponieważ satelita przelatuje nad wszystkimi szerokościami geograficznymi. Co ważniejsze, otrzymujemy dane porównywalne — zawsze zbierane o tej samej porze dnia. To niezwykle istotne w monitorowaniu środowiska.

A jak wygląda orbita ISS? To zupełnie inna historia. Przy nachyleniu do płaszczyzny równika wynoszącym 52 stopnie nie ma mowy o heliosynchroniczności. W praktyce stacja „dryfuje”, czyli czas jej przelotu nad danym miejscem zmienia się płynnie — przechodzi z dziennego na nocny, potem znów na dzienny i tak dalej. Co więcej, nachylenie 52 stopni powoduje, że stacja nigdy nie pojawi się nad terenami położonymi w wyższych szerokościach geograficznych!

Lot Sławosza trafił na ten moment orbity ISS, w którym stacja przelatuje nad Polską przede wszystkim w nocy. Zdarza się.

Pozwoliłem sobie na bardziej techniczną analizę. Poniżej znajduje się wykres pokazujący enigmatyczne fale. Na osi poziomej jest czas (UTC), na osi pionowej — wysokość ISS nad horyzontem (w stopniach). Jeśli wartość jest większa od zera, stację teoretycznie byłoby widać z danej lokalizacji, a co za tym idzie — stacja widziałaby tę lokalizację. Wybrałem Kraków (50°N, 20°E).

Szara linia to wysokość stacji nad horyzontem. Im większa wartość, tym lepiej z punktu widzenia obserwacji Polski: można oglądać nasze miasta i wsie niemal pionowo z góry. Im wartość niższa, tym większy kąt patrzenia astronauty na powierzchnię planety. Efekt? Trudniej będzie rozpoznać szczegóły, ponieważ wszystko ulegnie skróceniu perspektywicznemu.

Szara linia faluje — i to jak! W ciągu doby naliczymy około 16 falek, bo ISS okrąża Ziemię około 16 razy na dobę. Podczas niektórych okrążeń przelatuje nad odległymi regionami, poza zasięgiem naszych oczu — wtedy jej wysokość nad horyzontem jest ujemna. Możemy przyjąć, że dobrą geometrię obserwacji uzyskalibyśmy dla kątów wyższych niż 70 stopni. Przy niższych można natomiast wykonać ciekawe zdjęcia o zabarwieniu „artystycznym”.

Jest też druga linia, czerwona — to wysokość Słońca nad horyzontem. Oś czasu jest ta sama. Gdy wysokość jest powyżej zera, mamy dzień, gdy poniżej — noc. Moment, gdy czerwona linia osiąga maksimum na wykresie, to południe. „Policzyć wysokość górowania Słońca w punkcie o współrzędnych 50°N, 20°E w dniu 1 lipca 2025 roku…” — tak, tak, to właśnie ta historia :)

Wykres dotyczy 1 lipca 2025. Na niebiesko wyróżniłem na nim przeloty nocne, na zielono — dzienne. W ich trakcie Sławosz ma techniczną możliwość sfotografowania Krakowa z orbity. Roboczo możemy przyjąć, że reszty Polski również.

Widzimy, że 1 lipca była jedna dobra okazja na fotografowanie za dnia — po wschodzie Słońca, około 3:00 czasu uniwersalnego (5:00 czasu polskiego) oraz dwie–trzy na wykonanie zdjęć nocnych. To pokazuje, że w trakcie jednego dnia była tylko jedna szansa na wykonanie zdjęć „normalnych”, dziennych. Zakładając, że Sławosz nie spał — astronauci żyją według czasu UTC, więc jest spora szansa, że o 3 w nocy był raczej w swoim śpiworze…

Ale to tylko jeden dzień z niemal dwóch tygodni. Jak sytuacja wygląda na przestrzeni całej misji IGNIS? O tym mówi kolejny wykres. Uwzględnia pełne doby na pokładzie ISS, zakładając, że 10 lipca astronauci Axiom-4 będą się już pakować i wracać na Ziemię.

Co mówią cyfry? Przede wszystkim to, że orbita ISS coraz wyraźniej wchodzi w fazę przelotów nocnych, a co za tym idzie, okazji na dzienne fotografowanie Polski będzie już niewiele. W zasadzie na chwilę obecną (3 lipca) można powiedzieć, że wszystkie dostępne okna czasowe są już za Sławoszem.

Pod koniec misji IGNIS będzie natomiast szansa na fotografowanie Polski nocą podczas trzech kolejnych przelotów! Oczywiście, jeśli pogoda dopisze, bo na razie nie znamy warunków meteorologicznych na ten okres. Na minus zadziała Księżyc, bliski pełni. Do świateł nocy doda własny blask, co może nadać niezwykłego uroku zdjęciom, zwłaszcza przy obecności chmur. Z naukowego punktu widzenia takie fotografie będą już mniej optymalne. W tym kontekście najlepsze warunki wystąpiły 3 lipca, gdy — jak już wiemy — niebo było bezchmurne, a Księżyc pod horyzontem.

Sławosz jest drugim Polakiem, który spędza czas na orbicie, krążąc wokół Ziemi na stacji kosmicznej. Pierwszym był niemal pół wieku temu Mirosław Hermaszewski. Wtedy była to radziecka stacja Salut-6, na pokładzie której Hermaszewski przebywał od 28 czerwca do 5 lipca 1978 roku. Również wykonywał eksperymenty. W odróżnieniu od misji IGNIS, lot pierwszego polskiego astronauty obejmował eksperymenty z zakresu obserwacji Ziemi — i to całkiem zaawansowane jak na tamte czasy! Były nadzorowane wspólnie przez CBK PAN i IGiK.

Zaciekawiło mnie, jakie warunki do obserwacji Polski miał Hermaszewski. Poniżej wykres dla jego misji. Co ciekawe, przypadła ona na ten sam moment roku, a część dni w kalendarzu się pokrywa. Mamy więc w obu przypadkach identyczne warunki oświetlenia oraz taki sam czas trwania dnia i nocy. Z wykresu widać, że Hermaszewski miał znacznie więcej okazji do dziennych zdjęć Polski, które występowały głównie popołudniami, przed zachodem Słońca. Orbita jego stacji w swoim cyklu była wtedy „bardziej dzienna”.

Podsumowując: podczas misji IGNIS konfiguracja orbity ISS jest niekorzystna pod względem fotografowania Polski w ciągu dnia. Możliwości wykonania takich zdjęć wystąpiły głównie w pierwszej części misji, a po 3 lipca szanse na uchwycenie Warszawy, Krakowa, Poznania czy Lublina z ISS przez Sławosza są znikome. Będzie natomiast jeszcze wiele okazji do fotografowania polskich miast nocą.