S tím, jak se blíží start evropské družice Sentinel-1C, je ideální čas ukázat si mnoho různých způsobů, kterými družice z řady Sentinel-1 už několik let pomáhají díky svému radaru sledovat naši planetu. Tyto družice dokážou provádět radarová měření za každého počasí, ve dne i v noci, nad pevninami i oceány po celém světě. Celá mise i data z ní podporují kriticky důležité obory, jako je správa životního prostředí, reakce na přírodní katastrofy či výzkum změn klimatu. Družice Sentinel-1 se podílejí na celé řadě služeb a aplikací programu Copernicus – od sledování polárních ledovců přes mapování námořních cest až po měření rychlosti pohybu ledovců. Tyto družice také hrají důležitou roli při dohledu nad mořskými ekosystémy – například při úniku ropy do oceánu, ale i při sledování pohybu lodí z hlediska jejich bezpečnosti či z pohledu nelegálního rybolovu.

Aby toho nebylo málo, data z těchto družic se využívají ke sledování deformací terénu způsobených poklesy půdy, zemětřeseními a sopečnou činností. Najdou však své uplatnění i při mapování lesů, vodních a půdních zdrojů. Tato mise má zásadní význam nejen pro vědecký výzkum, ale také pro podporu humanitární pomoci a rychlou reakci na krize po celém světě. Série Sentinel-1 začala vypuštěním družice Sentinel-1A v dubnu 2014, na niž navázal Sentinel-1B v roce 2016. Každá z těchto družic je vybavena radarem se syntetickou aperturou pracujícím v pásmu C, který může fungovat ve čtyřech režimech a poskytuje prostorové rozlišení až 5 metrů při šířce snímaného pruhu 410 km.

Ačkoliv byl Sentinel-1B v roce 2022 vyřazen z provozu kvůli závažné elektronické závadě, Sentinel-1A zůstává plně funkční a již překonal očekávanou sedmiletou životnost. Nadcházející start Sentinelu-1C vrátí programu plnou sílu v podobě dvou spolupracujících družic. Jakmile dosáhne oběžné dráhy, bude Sentinel-1C pokračovat v odkazu svých předchůdců. Bude poskytovat vysoce kvalitní radarové snímky povrchu naší planety, které podpoří jak vědecký výzkum, tak široké spektrum praktických aplikací. Sentinel-1C přinese také rozšířené možnosti monitorování námořní dopravy, čímž ještě více zvýší užitečnost mise. V dnešním článku si na konkrétních příkladech představíme rozmanité možnosti využití dat z družic Sentinel-1.

Interferometrická měření zemětřesení – Turecko/Sýrie
6. února 2023 zasáhla oblast Turecka a Sýrie série zemětřesení, která byla nejhorší v této lokalitě za posledních 20 let a vyžádala si 55 000 lidských životů. Přiložený interferogram z družic Sentinel-1 ukazuje koseismické posuny povrchu v oblasti poblíž města Gaziantep, které byly vytvořeny ze skenů Sentinelu-1 před zemětřesením i po něm. Kombinace dat z mise Sentinel-1, pořízených před zemětřesením a po něm, odhalila změny na zemském povrchu, k nimž došlo mezi oběma termíny snímkování. Výsledkem jsou barevné interferenční vzory na snímcích, známé jako „interferogramy“, které vědcům umožňují kvantifikovat pohyb země. Tyto interferogramy poskytují klíčové informace, díky nimž vědci mohou lépe porozumět povaze zemětřesení a odhadnout riziko dalších nebezpečí v budoucnosti.

Pohyb mořského ledu – Beringova úžina
Plovoucí led je jedním z nejdůležitějších fyzikálních prvků kontinentálního šelfu Beringova moře. Mimořádně nízká vrstva mořského ledu v severní části Beringova moře během zimy 2019 způsobila celou řadu navazujících účinků, které náhle změnily regionální mořský ekosystém. To ještě více ztížilo situaci komunitám, které jsou na tomto ekosystému závislé. Na snímku z družice Sentinel-1 je Beringova úžina v březnu 2019 prakticky bez ledu. Několik málo míst s mořským ledem je znázorněno světle modrou barvou. Data z družic Sentinel-1 jsou nezbytná pro službu CMEMS (Copernicus Marine Service), která umožňuje bezpečné proplouvání vodami s výskytem ledovců, obohacují klimatické modely a podporují vyhodnocování změn životního prostředí v polárních oblastech. Radarové snímky z družic Sentinel-1 jsou mimořádně účinné při tvorbě map ledovců s vysokým rozlišením, rozlišování mezi tenkým ledem prvního roku, který mohou lodě překonat, a silnějším víceletým ledem. Umožňují také sledování ledových ker a předpovídání stavu ledu ve stále rušnějších arktických vodách.

Ropné skvrny – Trinidad a Tobago
Přiložený obrázek ukazuje porovnání snímků ze Sentinelu-1 před a po rozsáhlém úniku ropy u pobřeží ostrovů Trinidad a Tobago v únoru 2024. K incidentu došlo poté, co tanker The Gulfstream najel na mělčinu u jižního pobřeží ostrova Tobago, kde uvízl. Z lodi začala do okolních vod unikat převážená ropa. Radar družic Sentinel-1 je vysoce účinný při monitorování ropných skvrn, protože dokáže zaznamenat i nenápadné změny na povrchu oceánů, které má na svědomí právě rozlévající se ropa. Ta způsobí především drobné ztlumení pohybu vln na hladině, což radar spolehlivě zachytí. Tyto stopy se na snímcích jeví jako tmavé šmouhy na světlejším pozadí. Jelikož radarová technologie měří strukturu povrchu, jsou ropné skvrny na snímcích snadno odhalitelné. Program Sentinel-1 je základním kamenem námořního dohledu, poskytuje radarové snímky s vysokým rozlišením a umožňuje sledování ropných skvrn, pohybu lodí i nelegálního rybolovu. Družice z řady Sentinel-1 jsou zvláště důležité pro síť CleanSeaNet Evropské agentury pro námořní bezpečnost (EMSA), která získává 80 % dat pro odhalování a vyhodnocování ropných skvrn právě z těchto družic. To umožňuje příslušným úřadům a institucím zajistit rychlou reakci na podobné incidenty a zvyšuje bezpečnost v evropských vodách.

Monitorování povodní – Valencie, Španělsko
V říjnu 2024 zažilo Španělsko jedny z nejhorších povodní za poslední desítky let poté, co východ provincie Valencie zasáhly přívalové deště. Bouře se koncentrovaly nad povodími řek Magro, Turia a Poyo, takže proudy bahnité vody proměnily ulice vesnic v divoké řeky, zničily řadu domů a odnesly mosty i auta. Přiložený radarový snímek využívá data získaná ve dvou termínech (19. a 31. října 2024), aby ukázal rozsáhlé povodně (modrá barva) v národním parku Albufera. Družice Sentinel-1 jsou ideální ke sledování záplav, protože vlny z jejich radaru se syntetickou aperturou dokážou proniknout skrz oblačnost a fungují i v noci. Poskytují proto spolehlivé snímkování i za extrémního počasí, při kterém mohou družicové optické systémy (kamery a fotoaparáty pracující ve videitlené části spektra) selhat. Data z programu Sentinel-1 se hojně využívají v projektu CEMS (Copernicus Emergency Management Service) za účelem plánování optimální reakce na přírodní katastrofy a také koordinace záchranných týmů přímo na místě akce.

Monitorování hurikánů – Hurikán Helene
Hurikán Helene byl devastující tropickou cyklónou, která vytvořila pás škod a ztrát na životech táhnoucí se od severozápadu Floridy, kde bouře 26. září 2024 vstoupila na pevninu, až ke státům Tennessee, Georgia a Severní Karolína. Hurikán Helene byl podrobně sledován pomocí radarových dat Sentinelu-1A, aby bylo možné vyhodnotit pohyb jeho vzdušných mas nad hladinou oceánu. Tato technologie hraje klíčovou roli při pochopení dynamiky bouří a předpovídání jejich dopadů. Družicové senzory, zejména ty pracující na mikrovlnných frekvencích, zachycují údaje o rychlosti a směru větru na povrchu oceánu za různých povětrnostních podmínek. Ocean Wind Field (OWI), odvozený z družic Sentinel-1, poskytl podrobné údaje o vektorech větru ve výšce 10 metrů nad hladinou oceánu v okolí běsnícího živlu. Tyto informace jsou pro meteorology zásadní pro analýzu intenzity a trajektorie bouře. V tomto případě mají měření z družic jednoznačný vliv na záchranu lidských životů.

Monitorování ledovců – Antarktida
V roce 2021 mohly družice Sentinel-1 sledovat oddělení ledovce A-74 od antarktického ledového šelfu Brunt. Radarové snímky poté ukázaly, že se ledovec o několik měsíců později otáčí kolem své osy a přitom putuje kolem západního cípu Bruntu. Lehce se o šelfový ledovec otře a pak pokračuje na jih. Družice Sentinel-1 jsou ideální pro sledování oblastí, jako je Antarktida, protože jejich radar se syntetickou aperturou vidí i přes mraky a déšť a nevadí mu ani tma. To zajišťuje nepřetržitý sběr dat v extrémních podmínkách ledového kontinentu. Tato schopnost umožňuje družicím Sentinel-1 sledovat pohyb ledovců, měřit úbytek ledu a monitorovat změny v ledovém příkrovu s pozoruhodnou přesností bez ohledu na přetrvávající oblačnost nebo tmu v polární noci.

Odlesňování – Mato Grosso, Brazílie
Snímek oblasti v brazilském státě Mato Grosso vznikl kombinací tří různých radarových měření z družic Sentinel-1, která byla pořízena s několikaletým rozestupem, aby vynikly změny v pokrytí povrchu rostlinami v průběhu času. Na rozdíl od snímků z družic s optickými přístroji se data získaná radarem interpretují na základě měření intenzity zpětně odraženého radarového signálu, která souvisí s vlastnostmi snímkovaného povrchu, například jeho hrubostí. Zatímco šedé barvy na obrázku značí, že mezi jednotlivými měřeními nedošlo k žádným změnám, plochy modré, zelené a červené barvy naznačují významné změny mezi roky 2015 a 2019. Jak ukazují tyto barevné obdélníkové tvary, velká část tropických lesů byla vykácena a využita pro zemědělství. Družice Sentinel-1 jsou neocenitelnými nástroji pro sledování odlesňování díky radaru se syntetickou aperturou, který umožňuje detekovat změny lesního porostu i v oblastech s hustou oblačností nebo v noci. Analýzou radarových dat v průběhu času může Sentinel-1 sledovat úbytek lesů a změny ve využívání půdy, což poskytuje zásadní informace pro ochranu životního prostředí.

Monitorování zemědělství – Rýžová pole, Vietnam
Vpravo od tohoto odstavce vložený obrázek z mise Sentinel-1 ukazuje část delty řeky Mekong, hlavní oblasti pro pěstování rýže v jihozápadním Vietnamu. Snímek kombinuje data ze tří měření, která byla pořízena s měsíčními rozestupy, aby byly zvýrazněny změny v plodinách a stavu povrchu v průběhu času. Jasnější barvy na snímku ukazují povrchové změny, ke kterým došlo mezi jednotlivými snímkováními. Kombinace radarových snímků z mise Sentinel-1 pomáhá monitorovat vývoj pěstování rýže. Radarové senzory jsou k tomuto účelu mimořádně užitečné díky své schopnosti detekovat zaplavené plochy, přičemž radarové vlny pronikají skrz mraky plné vlhkosti, které často pokrývají oblohu v asijských oblastech s intenzivním rýžovým zemědělstvím. Vodní plochy odrážejí dopadnuvší radarový signál pryč od družice, což na snímcích vypadá tmavě. Lodě na řece naopak vypadají jako jasné, vícebarevné tečky. Družice Sentinel-1 jsou vysoce účinné pro zemědělský monitoring, protože poskytují podrobné informace například o vlhkosti půdy, ale také o struktuře plodin, případně o způsobu jejich růstu, což je nezbytné pro vyhodnocení zdraví a produktivity celého zemědělství v dané oblasti.

Monitorování změny povrchu – Jakarta, Indonésie
Hlavní město Indonésie, Jakarta, je domovem deseti milionů lidí a zároveň jedno z nejrychleji klesajících měst na světě. Výzkumníci předpokládají, že do roku 2050 by mohlo být kompletně pod vodou! S využitím velkého množství radarových snímků, pořízených během dvouletého období, lze přesně vypočítat sesedání terénu. Přiložený snímek ukazuje průměrnou rychlost posunu půdy na základě radarových dat z družic Sentinel-1 mezi roky 2017 a 2018. Červeně vyznačené oblasti vykazují výrazné posuny v průběhu času, přičemž některé oblasti zaznamenaly lokální poklesy dosahující přibližně 12 cm za rok! Porovnáním radarových snímků v průběhu času lze data z družic Sentinel-1 použít k vytvoření podrobných map posunů, které jsou nezbytné pro sledování poklesu půdy, sesuvů, sopečné činnosti a stability infrastruktury.

Námořní dopravní zácpa – Suezský kanál, Egypt
V březnu 2021 se pozornost celého světa obrátila na Suezský kanál, kde se jedna z největších kontejnerových lodí světa, Ever Given, vzpříčila mezi břehy této klíčové dopravní tepny. Plavidlo blokovalo průplav v obou směrech po dobu šesti dní, což způsobilo značné narušení globálního obchodu. Snímky z družice Sentinel-1A ukazují dopad této blokády. V levé části snímku vidíme rutinní provoz před zácpou, zatímco vpravo je 400 metrů dlouhá loď blokující průjezd. Program Sentinel-1 je užitečným nástrojem pro sledování pohybu dopravních lodí. Jeho radar detekuje mořskou hladinu, která odráží vlny pryč od družice, a na snímcích vypadá černě. Kovové objekty, jako jsou lodě, se naopak jeví jako jasné tečky na tmavém podkladu, což usnadňuje jejich identifikaci a sledování.

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://www.esa.int/…/esa_multimedia/videos/2014/01/sentinel-1/13494339-1-eng-GB/Sentinel-1_large.jpg
https://www.esa.int/…/26468941-1-eng-GB/Sentinel-1C_ready_for_encapsulation_in_Vega-C_s_fairing.jpg
https://www.esa.int/…/02/tuerkiye_syria_interferogram/24711636-4-eng-GB/Tuerkiye_Syria_interferogram.jpg
https://www.esa.int/…/2019/03/bering_in_dire_straits/19297885-1-eng-GB/Bering_in_dire_straits.jpg
https://www.esa.int/…/images/2024/02/tobago_oil_spill/25487947-1-eng-GB/Tobago_oil_spill.gif
https://www.esa.int/…/26410796-1-eng-GB/Flooded_areas_around_Valencia_captured_by_Sentinel-1.jpg
https://www.esa.int/…/images/2024/11/hurricane_helene/26468634-1-eng-GB/Hurricane_Helene.jpg
https://www.esa.int/…/23433087-1-eng-GB/A-74_iceberg_near_collision_with_Brunt_Ice_Shelf.gif
https://www.esa.int/…/images/2019/12/mato_grosso_brazil/21499786-1-eng-GB/Mato_Grosso_Brazil.jpg
https://www.esa.int/…/images/2020/03/rice_fields_vietnam/21898315-1-eng-GB/Rice_fields_Vietnam.jpg
https://www.esa.int/…/26468681-1-eng-GB/Ground_motion_over_Jakarta_Indonesia.jpg
https://www.esa.int/…/23228007-1-eng-GB/Suez_Canal_traffic_jam_seen_from_space.jpg