Iridium Flare - Lehrstuhl für Mikromechanik, Mikrofluidik/Mikroaktorik

Lehrstuhl für Mikromechanik, -fluidik/-aktorik
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Helmut Seidel
Campus, Geb. A5.1, Raum 1.05, 66123 Saarbrücken
Universität des Saarlandes
Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät
Systems Engineering
Iridium Flare
Beobachtung und fotografische Dokumentation
Praktikumsversuch betreut vom Lehrstuhl für Mikromechanik, Mikrofluidik/Mikroaktorik
Ansprechpartner: Patrick Schwarz, Tel.: 4180, [email protected]
Abgabetermin: siehe www.lmm.uni-saarland.de
Hintergrund
Mehrere Satelliten einer ganzen Staffel tragen den Namen Iridium. Sie wurden für Telekommunikationszwecke
in polnahe Umlaufbahnen geschickt um damit die Basis eines satellitengestützten Telefonnetzes für Mobilfunk
zu bilden.
Zielsetzung des Versuchs
Visuelles und fotografisches Beobachten eines Satelliten mit heller Leuchterscheinung am Nachthimmel. Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit am Beobachtungsort. Abschätzung des Messfehlers. Korrelation dieser Messung mit bekannten Bahndaten, durch Erstellen eines Rechenmodells. Ermittlung eines Beobachtungsplatzes mit
wenig Lichtverschmutzung. Einschätzung des technisch/wirtschaftlichen Erfolges dieses Projektes.
Aufgabenstellung
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Ermitteln Sie einen geeigneten Beobachtungsort in Ihrem Umfeld, der mit möglichst wenig Streulicht
(Lichtverschmutzung, „light pollution“) belastet ist.
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Verschaffen Sie sich für diesen Ort Informationen über sichtbare Iridium Flares aus dem Internet (z.B.
www.heavens-above.com oder www.calsky.com).
Hinweise
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Die Beobachtungszeiten liegen typischerweise in den Zeiträumen zwei Stunden nach Sonnenuntergang bzw. zwei Stunden vor Sonnenaufgang.
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Die zu erwartende Helligkeit des Iridium Satelliten wird als astronomische Magnitude m angegeben. Maximal ist m ≈ −8 erreichbar. Sie finden Hinweise über eine Veränderung des Beobachtungsortes, um gegebenenfalls die Magnitude zu maximieren (z.B. 8 km in westliche Richtung).
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Beachten Sie, dass der Flare besser sichtbar ist, wenn die Beobachtungszeit außerhalb der bürgerlichen (besser noch nautischen) Dämmerung liegt. Zeitangaben hierzu sind ebenfalls unter obigen
Webadressen zu finden.
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Mondlose Nächte verbessern die Sichtbarkeit. Der Flare ist aber auch bei Vollmond noch zu sehen.
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Die Horizonthöhe sollte mindestens 20° betragen (besser ≈ 40° oder mehr), um eine gute Sichtbarkeit zu gewährleisten.
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Verschaffen Sie sich meteorologische Vorhersagen für den geplanten Beobachtungsort, um einschätzen zu können, ob ein freier Himmel zu erwarten ist.
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(Freiwillig) Zur Ergänzung können Sie auch die Sichtbarkeitsdaten der Internationalen Raumstation ISS für den Beobachtungsort ermitteln (gleiche Internetadresse) und gegebenenfalls mit Ihrer
Iridium Flare Beobachtung verbinden.
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Durchführung der Beobachtung. Hierzu benötigen Sie eine (Digital)-Kamera, die eine Verschlusszeit
von ca. 30 Sekunden oder mehr erlaubt (meist im manuellen Einstellmodus) sowie ein Stativ. Die Kamera muss auf dem Stativ montierbar sein. Ferner benötigen Sie eine genaue Uhr, die im Sekundenbereich
abgeglichen ist (z.B. Funkuhr, GPS-Empfänger oder normale Uhr, die kurz vorher mit präziser Uhr abgeglichen wurde). Weiterhin eine Stoppuhr zur Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit.
Hinweise zur Beobachtung
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Adaptieren Sie Ihre Augen, indem Sie frühzeitig zum Beobachtungsort gehen und starke Lichtquellen vermeiden.
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Zur quantitativen Feststellung der Sichtbarkeitsbedingungen ermitteln Sie, wie viele Sterne des
kleinen Wagens (inklusive Polarstern) Sie mit freiem Auge erkennen können (jedes Gruppenmitglied soll hierzu eine unabhängige Aussage machen). Können Sie die Milchstraße erkennen?
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Orientieren Sie sich am Nachthimmel über die Sichtbarkeit in Beobachtungsrichtung. Ermitteln
Sie hierzu die Nordrichtung (z.B. durch Polarstern oder Kompass) und daraus die zu erwartende
Beobachtungsrichtung inklusive Horizonthöhe.
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Identifizieren Sie die hellsten Sterne und das dazugehörige Sternbild in dessen Nähe der Flare
seine größte Helligkeit erreicht. Orientieren Sie sich anhand der generierten Sternenkarte, welche
die Flugbahn, Zeit und Helligkeit des Satelliten zeigt. Bringen Sie diese in Übereinstimmung mit
dem Nachthimmel.
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Bauen Sie Ihre Kamera mit Stativ auf und richten diese in Beobachtungsrichtung aus.
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Machen Sie einige Probeaufnahmen schon vor dem Auftauchen des Flares, um anhand der Sternabbildung die Eignung ihrer Kameraeinstellung zu überprüfen.
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Beginnen Sie mit ihrer Langzeitbelichtung rechtzeitig vor Erreichen des Helligkeitsmaximums
(z.B. 15 s vor nominellem Maximum, wenn Sie 30 s lang belichten wollen). Evtl. müssen Sie die
Belichtung starten, bevor sie den Satelliten sehen können. Nutzen Sie zusätzlich die Selbstauslösefunktion der Kamera (z.B. Verzögerungszeit 2 oder 10 s).
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Ermitteln Sie die Sichtbarkeitsdauer des Flares mit einer Stoppuhr. Beachten Sie, dass der Satellit
zunächst als schwach leuchtender Punkt erscheint und über den Nachthimmel zieht, dann seine
Helligkeit bis zum Maximum steigert und schließlich wieder an Helligkeit verliert, bis er schließlich für das Auge verschwindet. Teilweise ist der Satellit auch nur zum Zeitpunkt des Flares sichtbar. Stoppen Sie die Dauer des Flares bei dem es zu einem deutlichen Aufleuchten kommt.
Auswertung der Ergebnisse (Teilaufgaben hieraus können unabhängig von der Beobachtung beantwortet werden)
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Überprüfen Sie die Qualität des Fotos! Ist der Flare überhaupt auf dem Bild sichtbar? Falls nein,
lag der Fehler an der Zeit der Verschlussöffnung, der Blendenöffnung, oder an der Ausrichtung
der Kamera? Wie ist die Schärfe? Stimmt die Fokusebene? Falls Sie den Flare verpasst haben,
müssen Sie sich einen anderen im Internet suchen.
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Ermitteln Sie im Foto den überstrichenen Winkel des Lichtstrichs am Himmel. Zur quantitativen Ermittlung können Sie die sichtbaren Sterne im Bild heranziehen, wenn Ihnen deren Identität
bekannt ist. Aus den Koordinaten (Sternenkatalog im Internet) können Sie den Winkelabstand ermitteln (Winkel einer Orthodrome) und daraus einen Maßstab generieren. Weiterhin können Sie
die durch die Erdrotation verursachte Strichlänge der Hintergrundsterne bei bekannter Öffnungszeit (z.B. 30 s) zu Rate ziehen. Aus dem Abstand der Sterne vom Himmelspol lässt sich ein überstrichener Winkel ermitteln.
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Berechnen Sie aus den bekannten Bahndaten die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit der IridiumSatelliten (in °/s). Aus dem experimentell ermittelten Winkel und der gestoppten Zeit bestimmen
Sie die visuelle Winkelgeschwindigkeit des Iridium-Satelliten (in °/s). Wie groß ist Ihr Messfehler? Schätzen sie die möglichen Fehlerursachen ein. Wie gut korreliert die sichtbare Spur im Bild
mit der Messzeit der Stoppuhr, die Sie nach visueller Sicht betätigt haben? Machen Sie gegebenenfalls Korrekturen an der zu berücksichtigenden Strichlänge.
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Verschaffen Sie sich Informationen zur Historie sowie zum technisch wirtschaftlichen Nutzen
(Misserfolg?) der Iridium-Satelliten.
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Ergebnisbericht
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Liefern Sie ein Foto des beobachteten Flares in digitaler Form ab (unbearbeitetes Originalfoto).
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Die schriftliche Ausarbeitung soll folgende Punkte enthalten:
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Beschreibung des Beobachtungsortes mit Kartenbild (z.B. aus Google Earth/Maps). Geben sie die
Standortkoordinaten an.
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Beschreibung der Beobachtungsbedingungen: Bewölkung, Mondstand, Dämmerung, Streulicht.
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Sichtbarkeitsverhältnisse an Hand der Sterne des kleinen Wagens angeben. Konnten Sie die
Milchstraße erkennen?
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Gedrucktes Foto des Satelliten.
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Angabe der Flare-Daten: Satellitennummer, Datum, Zeit, Helligkeit, Höhe.
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Angaben zum Sternbild bzw. zu den hellsten Sternen im Umfeld des Satelliten.
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Berechnung der tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit aus den bekannten Bahndaten der Satelliten.
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Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit aus den experimentell gewonnenen Daten. Abschätzung
der Fehlerursachen.
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Beantworten Sie folgende Fragen:
Woher kommt der Name „Iridium“ für die Satelliten?
Wodurch wird der Lichtblitz erzeugt?
Wie ist der Begriff „Magnitude“ definiert? Wie groß ist der Helligkeitsunterschied zwischen zwei Magnituden?
Was sind die hellsten natürlichen Objekte (Planeten, Fixsterne) am Nachthimmel?
Wie ist die bürgerliche bzw. nautische Dämmerung definiert?
Wer hat das Satellitennetz in Auftrag gegeben und zu welchem Zweck?
Wie beurteilen Sie den kommerziellen Erfolg dieses Projektes?
Welche Firma betreibt heute die Satelliten?
Unter welchen Umständen würden Sie für sich persönlich die Anschaffung eines Satellitentelefons in Erwägung ziehen (Kosten-Nutzen-Betrachtung)?
Empfehlung
Treffen Sie möglichst frühzeitig eine Auswahl geeigneter Termine für die Beobachtung von Iridium-Flares. Die
Flares lassen sich für mehrere Wochen im Voraus berechnen. Aktualisieren Sie diese in regelmäßigen Abständen
und nutzen Sie die sich Ihnen bietenden Gelegenheiten. Bedenken Sie, dass geeignete Flares (Helligkeit, Höhe)
nicht für jeden beliebigen Ort zu jeder angenehmen Nachtzeit erscheinen und somit spontane kurzfristige Beobachtungen nur in den seltensten Fällen möglich sind. Schlechte Sichtverhältnisse und die Bewölkung kann
zudem eine erfolgreiche Beobachtung verhindern. Erfahrungsgemäß sind Iridium-Flares mit einer Helligkeit von
m ≤ −5 sehr gut zu beobachten. Ab etwa m = −3 eignen sie sich für ein Foto. Flares im Bereich der maximalen
Helligkeit von m ≈ −8 können durchaus ein sehr beeindruckendes Schauspiel liefern. Viel Spaß bei der Erkundung des Nachthimmels.
Besonders schöne Fotos (maximal drei) werden mit einem Geldpreis von insgesamt
100°€ prämiert!
Stand: 27. März 2017
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