Czy lubisz w ciepłe, letnie noce, leżeć w trawie i obserwować niebo? Zapewne uważasz, że widziałeś/ widziałaś wtedy także przelatującego satelitę? Muszę cię zmartwić. Choćbyś nie wiem, jak się starał/ starała, dostrzeżenie sztucznego satelity z Ziemi jest po prostu fizycznie niemożliwe!

Wydawać by się mogło, że zobaczenie sztucznego satelity na nocnym niebie to rzecz trywialna. Chyba każdy z nas widział „ruchomą gwiazdę”, leniwie przecinającą nieboskłon. Jeśli nie błyskała czerwonymi i zielonymi światłami, najpewniej był to właśnie satelita (w przeciwnym wypadku samolot, ewentualnie… UFO, ale o tym nie wolno mi mówić głośno). Smutna prawda jest jednak taka, że jak dotąd nikomu nie udało się na własne oczy dostrzec z Ziemi sztucznego satelity. Dlaczego?

Rozmiar obiektów wokół nas możemy określić albo w metrach, albo w stopniach (°). Tej pierwszej miary używamy powszechnie w życiu codziennym, choćby do opisywania rozmiaru mebli, czy podawania odległości. Ponieważ 1 metr to zawsze 1 m, wymiar metryczny satelity będzie taki sam na Ziemi, jak i na orbicie, gdyż zmienimy jedynie lokalizację obiektu, a nie kształt obiektu.

Miara kątowa działa inaczej. Określa rozmiar kąta, którego wierzchołek znajduje się w oku obserwatora, a ramiona przechodzą przez wskazane punkty, np. skrajne punkty paneli słonecznych satelity. Łatwo zauważyć, że miara kątowa jest względna – ten sam obiekt będzie miał inny rozmiar kątowy w zależności od tego, jak daleko znajdzie się od obserwatora. Księżyc i Słońce są doskonałymi przykładami.

Księżyc ma średnicę około 3500 km, Słońce – około 1,4 mln km. Różne odległości do tych ciał powodują jednak, że ich średnica kątowa dla obserwatora na Ziemi jest niemal identyczny: 0,5°. To właśnie ta przypadkowa zbieżność rozmiarów kątowych pozwala na całkowite zaćmienia Słońca. (Odległość Ziemia-Słońce i Księżyc-Słońce delikatnie fluktuuje, a więc i średnice kątowe Księżyca i Słońca wykazują niewielkie wahania – to pozwala na zaćmienia obrączkowe Słońca).

Wracamy do sztucznych satelitów. Ogromna większość z nich ma stosunkowo niewielkie rozmiary, poniżej 2-3 metrów. Trafiają na niskie orbity okołoziemskie, a więc na wysokość 300-800 km. Co na to matematyka? 2-metrowy obiekt obserwowany z odległości 400 km ma rozmiar kątowy zaledwie 0,0003°. Znajdująca się na takiej wysokości 350-450 km Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (wymiary 110 m x 75 m) również wydaje się kątowo bardzo, bardzo mała: 0.016° x 0.011°.

Odnieśmy te kalkulacje do zdolności rozdzielczej ludzkiego oka. Dostrzeże ono dwa punkty jako oddzielne, dopiero gdy odległość kątowa między nimi będzie większa niż 0.02°-0.03°. To mniej więcej 35-50 cm dla punktów widzianych z odległości 1 km. Dla obiektów na 400-kilometrowej orbicie ta minimalna odległość wynosi 140-210 m. A mówimy tu tylko od dwóch punktach. Czytelny obraz satelity musiałby składać się z kilkudziesięciu punktów, a więc sam satelita musiałby być wielokrotnie większy, niż wspomniane 140-210 m. Takich gigantów na orbicie nie spotkamy.

Satelity są zatem zbyt małe i zbyt od nas odległe, by dały się bezpośrednio oglądać. Czym w takim razie są „satelity”, widziane na nocnym niebie jako poruszające się gwiazdy? Jedynie fragmentem tarczy Słońca, które odbija się w jasnych powierzchniach satelity, niczym w lustrze. W tym przypadku rozmiar satelity ma znaczenie drugorzędne, gdyż decyduje intensywność odbitego światła. Naturalnie większy i jaśniejszy („bardziej lusterkowy”?) satelita odbije tego światła więcej. Niemniej małe obiekty też czasem potrafią zaskoczyć pięknym „kosmicznym zajączkiem”.

Który z satelitów „świeci” najjaśniej? Do niedawna liderem były satelity komunikacyjne konstelacji Iridium. Wyposażone w trzy wypolerowane anteny, potrafiły odbić tak dużo światła, że ich zajączki bywały widywane i w ciągu dnia! Posługując się astronomiczną miarą jasności, błyski Iridium sięgały nawet -9.5 mag (Księżyc w pełni to -12,6 mag, najsłabsze gwiazdy dostrzegalne przez Kosmiczny Teleskop im. Hubble’a +30 mag, limit czułości ludzkiego oka +6 mag; tak, ta skala jest dziwna, nie dość, że odwrócona, to jeszcze logarytmiczna; tu przeczytasz o niej więcej).

Firma Iridium wymienia jednak swoje satelity na nowe, o innej konstrukcji, a to oznacza koniec błyskających Iridium. Pośród jasnych następców najdziemy natomiast satelity teledetekcyjne: MetOp i COSMO-SkyMed. Pierwsze to obserwatoria meteorologiczne wysyłane przez Europejczyków. MetOp-A, -B i -C w sprzyjających okolicznościach są w stanie zabłysnąć na niebie jak gwiazda o jasności -5 mag. Jako nieco jaśniejsze (-6,5 mag) ukazać się mogą włoskie COSMO-SkyMed, satelity radarowe o podwójnym, wojskowo-cywilnym zastosowaniu.

Pod wieloma względami najciekawszym obiektem do obserwacji okazać się może jednak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS). Iridium, Metop, COSMO-SkyMed generują błyski, a więc ich jasność na nocnym niebie rośnie, a następnie spada – wszystko w ciągu kilku-kilkunastu sekund. ISS „świeci” stabilnie, tzn. może być widoczna przez czas całego przelotu przez nocne niebo. Jej jasność zależy od aktualnego położenia względem Słońca, niemniej w sprzyjających warunkach można zaobserwować ISS jako obiekt o jasności -4 mag.

ISS to świetny obiekt do rozpoczęcia przygody z wizualnymi obserwacjami przelatujących satelitów. Istnieje wiele programów pozwalających przewidzieć, gdzie i kiedy dany satelita będzie widoczny, oraz jaką może osiągnąć jasność. Najpopularniejszy jest zapewne www.heavens-above.com, dostępny online pod wskazanym adresem, ale również jako program na telefony. Program dodatkowo oferuje mapy nieba z zaznaczoną trasą przelotu satelity – wystarczy orientować się w kierunkach świata, rozpoznawać najważniejsze gwiazdozbiory. Powodzenia!

Co jednak począć, gdy mimo wszystko bardzo zależy nam na zobaczeniu satelity, a nie tylko blasku Słońca odbijanego od powierzchni paneli słonczych czy anten? Cóż, jedynym wyjściem jest wtedy sięgnięcie po teleskop lub teleobiektyw. Ale to już inna historia…