Da oltre sessant’anni osserviamo la Terra dallo spazio, sfruttando la prospettiva privilegiata che solo l’orbita può offrire. Il vantaggio di questo punto di vista consiste nella copertura globale, cioè nella possibilità di disporre rapidamente di informazioni sullo stato del pianeta in ogni parte del globo e in modo ripetitivo.
Lo studio della meteorologia è stato il primo ambito ad avvalersi di questa tecnologia e già nel 1960, con il lancio del primo satellite meteorologico Tiros-1, si aprì una nuova epoca. Da allora l’osservazione della Terra si è affermata come un’infrastruttura critica grazie agli enormi progressi nello sviluppo di sensori sempre più sofisticati e a metodi avanzati di analisi che hanno rivoluzionato la scienza, l’economia, la gestione del territorio e la sicurezza.
Panorama e leadership tecnologica
In un mondo in cui la tecnologia è strumento di potere e di influenza economica, è fondamentale capire chi possiede e controlla i satelliti di osservazione. Non si tratta solo di raccogliere dati, ma di esercitare una forma di sovranità informativa. Essi sono veri e propri strumenti strategici per gli Stati che li gestiscono.
Nel 2025 l’Europa ha messo in servizio Sentinel-4 e ha lanciato Sentinel-5 su MetOp-SG-A1, rafforzando la leadership nei servizi operativi di qualità dell’aria e clima. L’Italia ha sviluppato in questo settore competenze di altissimo livello nei radar SAR (COSMO-SkyMed) e nell’ottica iperspettrale (PRISMA) e partecipa, attraverso l’industria nazionale (Thales Alenia Space), a missioni ESA e internazionali. Con la futura costellazione IRIDE, che integrerà ottico, radar e iperspettrale, il Paese disporrà di una capacità autonoma e completa di osservazione (ESA, 2022; RAND, 2023).
Analizziamo i principali sensori oggi operativi nello spazio, evidenziando lo stato dell’arte per famiglia e il ruolo dell’Italia.
Tabella 1- Strumenti di osservazione della Terra
| Categoria | Esempi di strumenti | Grandezze misurate | Principali applicazioni |
| Ottici / Visibile-NIR | Telecamere ad alta risoluzione (WorldView, GeoEye), Multispettrali (OLI/Landsat, MSI/Sentinel-2), Iperspettrali (PRISMA-Italia, EnMAP, futuro SHALOM Italia-Israele, IRIDE) | Riflettanza solare in bande spettrali | Uso del suolo, vegetazione, acque interne e costiere, urbanistica |
| Infrarosso termico | ASTER TIR, ECOSTRESS, MODIS TIR | Radiazione emessa (temperatura superficiale) | Stress idrico, vulcani, incendi, oceani, geotermia superficiale |
| Microonde passive (radiometri) | AMSR-E, SMAP, SMOS | Emissione naturale a microonde | Umidità del suolo, temperatura mare, ghiaccio marino, precipitazioni |
| Radar attivi (SAR) | Sentinel-1, RADARSAT, TerraSAR-X, COSMO-SkyMed (Italia, 1ª e 2ª gen.), futuro IRIDE | Ritorno radar attivo | Copertura nuvole/neve, deforestazione, frane, monitoraggio urbano, ghiaccio |
| Altimetri radar | Jason, CryoSat, Sentinel-6 | Distanza satellite-superficie | Topografia marina, livello del mare, spessore ghiacci |
| Scatterometri | ASCAT, SeaWinds | Diffusione radar | Vento su oceani, cicloni, interazione atmosfera-oceano |
| Radar penetranti | MARSIS, SHARAD (su ghiacci) | Riflessioni da strati profondi | Studio dei ghiacciai, stratigrafia |
| Lidar (laser) | ICESat-2, CALIPSO | Tempo di ritorno del segnale laser | Profilo topografico, altezza vegetazione, ghiacci, nuvole, aerosol |
| Spettrometri atmosferici UV/Vis/IR | OMI, TROPOMI, IASI, MODIS | Assorbimento spettrale di gas | O3, CO2, CH4, NO2, aerosol, inquinamento atmosferico |
| Radiometri a larga banda | CERES | Radiazione entrante e uscente | Bilancio energetico Terra-atmosfera |
| FTIR (interferometri) | IASI, AIRS | Spettri IR ad alta risoluzione | Profili verticali di temperatura, umidità , gas serra |
| GNSS Radio Occultation | COSMIC, COSMIC-2, MetOp, Spire | Rifrazione segnali GPS/Galileo | Profili verticali di pressione, temperatura, umidità atmosferica |
| Gradiometri gravitazionali | GOCE | Variazioni di gravità | Geodesia, dinamica terrestre, oceani profondi |
| Magnetometri | Swarm | Intensità e direzione campo magnetico | Magnetosfera, navigazione, geofisica |
| Sensori ionosferici / particelle | Swarm, DEMETER | Plasma, elettroni, ioni | Meteorologia spaziale, tempeste geomagnetiche |
Sensori ottici – HR, multispettrali, iperspettrali
I sensori ottici operano nel visibile e nel vicino infrarosso. Le telecamere ad alta risoluzione, simili a macchine fotografiche digitali, hanno fornito le prime immagini dettagliate della Terra e oggi sono montate su satelliti come WorldView e GeoEye. Si sono poi diffusi gli scanner multispettrali, come MSI e OLI, che acquisiscono più bande spettrali utili allo studio di vegetazione, suolo e acque. Ancora più sofisticati sono i sensori iperspettrali, come Hyperion, PRISMA ed EnMAP, capaci di raccogliere centinaia di bande strette e analizzare con precisione la composizione della superficie.
Ottici ad alta risoluzione (Visibile/NIR)
Le camere ad alta risoluzione forniscono immagini dettagliate (pancromatica + multispettrale) utili per urbanistica, agricoltura, gestione emergenze. Gli scanner multispettrali (es. OLI/Landsat, MSI/Sentinel-2) campionano poche bande ampie per monitorare vegetazione, suolo e acque. I sensori iperspettrali (es. PRISMA, EnMAP) acquisiscono centinaia di bande strette (≈400–2500 nm) e consentono analisi di composizione (minerali, clorofilla, qualità delle acque, materiali artificiali).
Tra i sistemi più avanzati figurano Cartosat-3 (ISRO; 25 cm pan / 1 m ms) e Pléiades Neo (Airbus; 30 cm), oggi operativa con due satelliti dopo la perdita dei due finali nel 2022, che ne ha ridotto la frequenza di rivisita. Si aggiunge SpaceEye-T (Hanwha/Satrec Initiative), lanciato il 15 marzo 2025, con capacità nell’intervallo 25–30 cm e servizi commerciali globali. Secondo ESA (2022), Pléiades Neo resta una delle piattaforme ottiche più competitive al di fuori del contesto statunitense.
Iperspettrali
Due missioni spiccano nel panorama internazionale: la costellazione Firefly di Pixxel (India), con più di 150 bande a ~5 m (la revisita quotidiana è obiettivo di costellazione), e PRISMA (ASI, Italia, 2019) con sensore iperspettrale (400–2500 nm) con 239 bande a ~30 m di risoluzione e canale pancromatico a 5 m (uno strumento tra i migliori al mondo che ha posto l’Italia in posizione di leadership tecnologica). A queste si aggiungerà presto SHALOM (Italia–Israele), che combinerà iperspettrale e pancromatico ad alta risoluzione. Le National Academies of Sciences (2018) evidenziano i sensori iperspettrali come una priorità globale per ambiente e sicurezza.
Sensori termici a infrarossi – TIR
I radiometri a infrarosso termico – TIR misurano la radiazione emessa dalla superficie e forniscono dati su temperatura, anomalie termiche e stress idrico. Gli imager multispettrali termici, come ASTER ed ECOSTRESS, osservano più bande dell’infrarosso, caratterizzando suoli, oceani e fenomeni come l’attività vulcanica. ASTER (TIR), impiegato nel monitoraggio vulcanico, in determinate condizioni può evidenziare anomalie termiche di origine antropica (implicazioni dual use).
Sensori a microonde passivi – radiometri
I radiometri a microonde, come AMSR-E, SMAP e SMOS, rilevano l’emissione naturale della Terra e forniscono dati su umidità del suolo, temperatura marina e ghiacci.
Sensori a microonde attivi – SAR, altimetri, scatterometri, GPR/“radar penetranti”
I radar SAR (Synthetic Aperture Radar), che emettono un proprio segnale, acquisiscono immagini indipendenti da luce e nuvole è risultano essenziali per studiare topografia, deforestazione, frane e ghiacci. Accanto a essi operano gli scatterometri, che misurano i venti oceanici, e gli altimetri radar, che determinano l’altezza della superficie marina. I radar a penetrazione, come SHARAD, esplorano la stratigrafia dei ghiacciai.
Tra i sistemi più avanzati si collocano NISAR (NASA–ISRO, previsto 2025), con radar in banda L e S capace di mappare il pianeta ogni 12 giorni, e la seconda generazione della costellazione COSMO-SkyMed (ASI + Ministero della Difesa), caratterizzata da risoluzione sub-metrica, multi-polarizzazione e alta frequenza di rivisita, che la rende una delle più avanzate al mondo. RAND (2023) riconosce COSMO-SkyMed come uno dei pochi sistemi radar non statunitensi con piena capacità dual use.
Sensori Lidar
I sistemi Lidar (Light Detection and Ranging) utilizzano impulsi laser per misurare con grande precisione le distanze. I Lidar atmosferici, come CALIPSO, studiano nuvole e aerosol.
Tra le missioni di riferimento figurano GEDI, montato sulla ISS per profilare la vegetazione, e ICESat-2 (NASA) – in precedenza ICESat 1 – dedicato all’altimetria dei ghiacci e delle superfici. L’Italia non dispone ancora di missioni lidar autonome, ma partecipa a collaborazioni internazionali.
Spettrometria atmosferica – UV/Vis/IR, FTIR
Gli spettrometri UV, visibile e IR, come OMI, TROPOMI e MODIS, analizzano la composizione atmosferica rilevando ozono, metano, NO₂ e altri gas. I radiometri a larga banda, come CERES, misurano il bilancio energetico Terra–atmosfera, mentre gli interferometri IASI ottengono profili verticali ad alta risoluzione di temperatura e gas.
Due piattaforme si distinguono in questo ambito: Sentinel-5P/TROPOMI (ESA), già operativo e riferimento per il monitoraggio di gas serra e inquinanti; Sentinel-4 (ESA/EUMETSAT), lanciato nel luglio 2025 su MTG-S1 per l’Europa; e Sentinel-5 (Copernicus/ESA/EUMETSAT), lanciato il 13 agosto 2025 a bordo di MetOp-SG-A1 con copertura globale quotidiana. Insieme fissano lo standard internazionale per i dati di composizione atmosferica.
GNSS-RO (Radio Occultation)
I sistemi di radio occultazione GNSS-RO sfruttano i segnali di navigazione per ricostruire profili verticali di pressione, temperatura e umidità. Tra i sistemi più significativi vi sono COSMIC-2 (Taiwan–NOAA, 2019), con sei satelliti dedicati, e la serie europea MetOp, che fornisce profili atmosferici fondamentali per meteorologia e climatologia. A questi si affianca la costellazione privata Spire, che con centinaia di nanosatelliti commerciali effettua quotidianamente migliaia di profili di radio-occultazione, rendendo disponibile su scala globale un flusso continuo di dati a supporto sia di previsioni meteo sia di applicazioni climatiche. L’Italia contribuisce a questi programmi attraverso ESA ed EUMETSAT.
Geofisici – gravità, magnetismo, ionosfera
Tra gli strumenti geofisici, i gradiometri gravitazionali che forniscono mappe precise del campo gravitazionale, i magnetometri, che misurano il campo magnetico, gli spettrometri di particelle e i sensori ionosferici che studiano il plasma e I fenomeni geomagnetici. Tra le missioni più rilevanti: GOCE (ESA 2009–2013) che ha prodotto la mappa più precisa del campo gravitazionale terrestre, e Swarm (ESA), ancora oggi riferimento operativo nello studio del campo magnetico.
Tabella 2 le migliori tecnologie per l’osservazione della terra
| Categoria | I più avanzati | Italia | |
| Ottico Alta Risoluzione | Cartosat-3 (India) | Pleiades Neo (Europa) | IRIDE (entro 2026, costellazione multisensore) |
| Iperspettrale | Pixxel (India, in dispiegamento) | PRISMA (Italia) | SHALOM (Italia-Israele, 2025) |
| Radar Attivi (SAR) | NISAR (NASA-ISRO, 2025) | COSMO-SkyMed 2ª Gen. (Italia) | COSMO-SkyMed (ASI) |
| Lidar | ICESat-2 (NASA) | GEDI (NASA, ISS) / EarthCARE (ESA-JAXA, 2024) | – |
| Spettrometri / Radiometri Atmosferici | Sentinel-5P / TROPOMI (ESA) | Sentinel-4 (ESA, 2025), Sentinel-5 su MetOp-SG-A1 | Contributo industriale (Thales Alenia Space) |
| GNSS-RO | COSMIC-2 (Taiwan-NOAA) | Spire (USA, costellazione cubesat commerciale) | MetOp (partecipazione ESA/EUMETSAT) |
| Gravità / Magnetismo | GOCE (ESA, 2009-2013) | Swarm (ESA, 2013-oggi) | Contributi a missioni ESA |
Le evoluzioni future
L’osservazione della Terra sta entrando in una nuova fase, caratterizzata da un rapido incremento di capacità e da un accesso sempre più diffuso ai dati. Dopo i decenni dominati da pochi grandi satelliti istituzionali, la tendenza è verso costellazioni numerose di nanosatelliti e cubesat, in grado di garantire una rivisitazione quasi oraria su scala globale. Questa trasformazione è resa possibile dalla miniaturizzazione della sensoristica, dall’uso di componenti a basso costo e dalla riduzione dei prezzi di lancio grazie ai vettori riutilizzabili. In futuro, piattaforme leggere ospiteranno strumenti integrati ottici, radar e iperspettrali, offrendo un monitoraggio continuo e multiscala.
Parallelamente, i satelliti stanno diventando sempre più “intelligenti”. L’impiego di algoritmi di intelligenza artificiale e di calcolo a bordo (edge computing) permette già oggi di filtrare, classificare e comprimere i dati direttamente nello spazio, inviando a terra solo ciò che è realmente utile. Questa evoluzione riduce drasticamente i tempi tra acquisizione ed elaborazione, aprendo la strada a un’osservazione quasi in tempo reale. L’infrastruttura di trasmissione giocherà un ruolo chiave: il sistema europeo EDRS–SpaceDataHighway, basato su collegamenti laser tra satelliti, è un esempio di come si possa accelerare il flusso informativo e distribuire i dati a livello globale in poche ore.
Un altro fronte cruciale riguarda la creazione di un Digital Twin Earth, un gemello digitale della Terra in grado di simulare con elevata precisione i processi climatici e ambientali. L’Europa, con il programma DestinE, è in prima linea nello sviluppo di questa tecnologia, che avrà implicazioni decisive nella previsione di eventi estremi, nella gestione delle risorse idriche e agricole e nella pianificazione territoriale sostenibile. In prospettiva, l’osservazione satellitare non sarà solo un archivio di immagini, ma un sistema predittivo integrato capace di orientare decisioni economiche e politiche.
L’accesso ai dati continuerà a democratizzarsi. La filosofia “open” del programma Copernicus e la diffusione di piattaforme cloud globali (Google Earth Engine, Sentinel Hub) consentono già a università, ONG, media e piccoli Stati di utilizzare informazioni satellitari in modo diretto e a basso costo. Ciò apre nuove opportunità per il monitoraggio ambientale indipendente, ma alimenta anche rischi di squilibrio: chi possiede infrastrutture proprie resta in posizione di vantaggio strategico, mentre altri Paesi dipendono dall’acquisto di dati commerciali.
L’Italia
Per l’Italia, il dispiegamento della costellazione IRIDE rappresenta un passaggio decisivo. Questo sistema multisensore integrato (ottico, radar e iperspettrale) fornirà al Paese una capacità autonoma e completa, rafforzando allo stesso tempo il contributo europeo. Le collaborazioni internazionali (SHALOM con Israele, partecipazioni ESA e NASA) mostrano come l’Italia possa ritagliarsi un ruolo di leadership in settori di nicchia ad alto valore aggiunto, in particolare il radar SAR e l’iperspettrale, consolidando il peso della propria industria aerospaziale.
In sintesi, il futuro dell’osservazione della Terra sarà segnato da una crescente capillarità, rapidità e capacità predittiva. Non più soltanto fotografie del presente, ma strumenti dinamici e integrati, capaci di anticipare scenari e di supportare decisioni cruciali per affrontare le grandi sfide climatiche, economiche e di sicurezza del XXI secolo.
Bibliografia
- Chuvieco, E., Li, J., & Yang, J. (2023). Fundamentals of satellite remote sensing (3rd ed.). CRC Press.
- Drusch, M., et al. (2012). Sentinel-2: ESA’s optical high-resolution mission for GMES operational services. Remote Sensing of Environment, 120, 25–36.
- Covello, F., et al. (2020). COSMO-SkyMed second generation: Mission overview and data quality. Remote Sensing, 12(10), 1676.
- Kruse, F. (2019). The PRISMA hyperspectral mission: Science objectives and first results. IGARSS Proceedings.
- National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. (2018). Thriving on our changing planet: A decadal strategy for Earth observation from space. Washington, DC: The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/24938
- European Space Agency (ESA). (2022). Sentinel-5P: Mission overview. ESA Publications. Retrieved March 2025 from https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-5P
- European Space Agency (ESA). (2024). EarthCARE Mission Overview. ESA EO Portal.
- EUMETSAT/ESA. (2025). MTG-S1 launch and Sentinel-4 commissioning. Retrieved March 2025 from https://www.eumetsat.int
- ASI – Agenzia Spaziale Italiana. (2024). PRISMA: Results and Perspectives. Roma: ASI. Retrieved March 2025 from https://www.asi.it/en/earth-science/prisma
- ESA. (2025, 13 agosto). First MetOp-SG and Sentinel-5 launched. Comunicato + scheda missione.
- EUMETSAT. (2025, 18 agosto). EUMETSAT assumes control of MetOp-SG-A1 and Sentinel-5.
- NASA JPL. (2019). ECOSTRESS Science Overview. Retrieved March 2025 from https://ecostress.jpl.nasa.gov
- OECD. (2022). The Space Economy in Figures 2022: How space contributes to the global economy. Paris: OECD Publishing. https://doi.org/10.1787/c523b5dd-en
- European Commission. (2021). Destination Earth (DestinE): Creating a digital twin of our planet. Bruxelles: European Commission. Retrieved March 2025 from https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/destination-earth
- ESA. (2023). European Data Relay System (EDRS) – SpaceDataHighway. Paris: European Space Agency. Retrieved March 2025 from https://www.esa.int/Applications/Telecommunications_Integrated_Applications/EDRS
- RAND Corporation. (2023). Emerging trends in Earth observation: Dual-use technologies and strategic implications. Santa Monica, CA: RAND Corporation.
- NASA. (2020). Artificial intelligence and onboard processing for Earth observation. NASA Technical Reports Server (NTRS). Retrieved March 2025 from https://ntrs.nasa.gov
- Pixxel. (2024). Firefly hyperspectral constellation: Technical overview and applications. Bengaluru: Pixxel. Retrieved March 2025 from https://www.pixxel.space
- Thales Alenia Space Italia. (2024). IRIDE constellation: Italy’s integrated Earth observation system. Roma: TAS Italia. Retrieved March 2025 from https://www.thalesaleniaspace.com
