Was würde Sherlock Holmes wohl dazu sagen?!?!?

BLOG: Pictures of the sky

Eine fotografische Reise durch's All
Pictures of the sky

Auch wenn es sich bei dem vorliegenden Fall keineswegs um einen Mordfall oder einen Kriminalfall handelt, so leisteten einige Menschen in den letzten zwei Tagen einiges an Detektivarbeit.

 

Einige Astrofotografen behaupten, es sei verlorene Lebenszeit, wenn gerade, während man ein Deep-Sky Bild belichtet, ein anderes Objekt, ob Flugzeug oder Satellit, durchs Bildfeld zieht.

Doch gerade solch ein Fall kann extrem interessant sein, besonders wenn man herausfinden möchte, was das da gerade war, was das Bild „entwertet“ hat.

Alles begann am 4.3.2013, dem zweiten Tag diesen Jahres, den ich astronomisch wirklich gut nutzen konnte. Ich war gerade dabei, eine Aufnahme des Orionnebels auf meiner digitalen Spiegelreflexkamera zu analysieren, als diese noch am Teleskop hing. Dabei fiel mir auf der 63 Sekunden lang belichteten Aufnahme eine herausstechende Strichspur mit einem deutlichen Helligkeitsmaximum rechts oberhalb des Orionnebels auf. Der erste Gedanke war, dass es sich womöglich um einen kleinen Meteor oder ein kleines Stück verglühender Weltraumschrott sei. Diese erste Vermutung  wiederlegte sich aber schnell wieder beim Betrachten des Bildes auf dem Laptopbildschirm. Es fehlte einfach ein Hauch der Nachleuchtspur eines Meteors und die Bahn des Objekts war auch viel zu gleichmäßig. Zudem war die Spur noch um einiges länger, als sie auf dem Kamerabildschirm zunächst erschien (sie erstreckte sich einmal quer über das Bild). Ein Zerplatzen des Objekts war auch nicht zu erkennen, doch ich wollte die Idee des Meteors oder des verglühenden Weltraumschrotts noch nicht ganz verwerfen.

Ich schickte das Bild an die Mailingliste der AAW-Darmstadt und fragte nach den Meinungen meiner Vereinskollegen.

 

Es lohnt sich, die Bilder zum Vergrößern anzuklicken, um die Spuren überhaupt sehen zu können.

Atlas Centaur Oberstufe Kevin Gräff 4.3.2013

 

Es stellte sich schnell heraus, dass das Objekt auf keinen Fall ein Meteor oder eine andere Ionisierungserscheinung war. Auch ein Flugzeug kann man direkt ausschließen, so etwas hätte man direkt beim Fotografieren im Augenwinkel bemerken müssen.

Das Objekt war wohl definitiv ein Satellit oder ein Stück Weltraumschrott. Aufgrund der relativ späten Aufnahmezeit um rund 22 Uhr konnte man tief fliegende Satelliten im Low Earth Orbit (LEO) ausschließen, da sich diese um die Uhrzeit schon längst im Erdschatten befinden.

Rein zufällig fotografierte mein AAW-Darmstadt-Vereinskollege Dirk Dehnert zu fast der gleichen Uhrzeit den selben Himmelsausschnitt und war auf seiner Aufnahme auch fündig geworden!!! Andere Kollegen sendeten ebenfalls Bilder mit Strichspuren, doch Dirks Aufnahme passte wie die Faust aufs Auge.

 

Atlas centaur 4.3.2013 Dirk Dehnert

Beim Vergleichen der beiden Aufnahmen fällt zunächst auf, dass die Zeitspanne doch sehr nahe beieinander liegt. Das Objekt auf beiden Fotos zeigt ein ähnliches Verhalten, während es sich in exakt die selbe Richtung bewegt. Die Bahn scheint aber auf den beiden Bildern um einige Bogenminuten verschoben, was sich aber sehr schnell mit der Parallaxe erklären kann. Die beiden Bilder entstanden eben an unterschiedlichen Orten, meines in Riedstadt-Erfelden und Dirks in der Nähe von Neutsch. Durch die Entfernung von ca. 30 km erscheint ein Objekt, welches sich im Vergleich zu den Sternen recht nah an der Erde befindet an zwei Orten an unterschiedlichen Positionen am Himmel. Es war aber ersichtlich, dass wir ein und dasselbe Objekt fotografisch abgeschossen haben.

Michael Khan leitete die Bilder und die Daten an das Space Debris Team der ESA weiter, in der Hoffnung, sie könnten das Objekt genauer analysieren und die Frage „Weltraumschrott oder Satellit“ endgültig klären. Ziemlich zeitnah kamen die ersten Vermutungen zurück:

Man wusste, dass das Objekt mit +10 Magnituden entweder sehr klein, oder groß und ziemlich weit weg sein musste. Letzteres trifft eher zu was mit der relativ langsamen Bewegung über den Himmel zu begründen ist. Außerdem würde sich ein nahes Objekt zu dieser Uhrzeit schon längst im Erdschatten befinden und somit optisch unsichtbar sein. Die Helligkeitsschwankung, die sich in einer Periode von unter einer Minute wiederholte kann nur zu einer Raketenoberstufe mit Taumelbewegung oder einem inaktiven Satelliten passen, dessen Schwungräder, die aufgrund der Drehimpulserhaltung den Satelliten in seiner Lage stabilisieren, heruntergefahren wurden. Beim Abschalten der Elektromotoren überträgt sich Drehimpuls der Masseräder durch Reibung auf den Satelliten und versetzt ihn in eine Drehbewegung. Hier ein interessantes Video, welches Drallräder auf einfachste Weise erklärt 😉 . Zudem erkannte das Debris-Team, dass sich der Satellit nicht auf einer polaren Bahn (ein Satellitenorbit von Erdpol zu Erdpol) sondern sich eher auf einem Geostationären Transferorbit oder einem mittelhohen Orbit befindet. Als mögliches Objekt schloss man vorerst auf den inaktiven Satelliten „ICO-2“ von Boeing. Dessen Orbit war aber nicht wirklich mit den Fotos in Einklang zu bringen. Zudem musste sich dieser Satellit auf einem mittelhohen Orbit befinden, da operative Satelliten (und deren Leichen) nichts auf einem Transferorbit zu suchen haben. Der Geostationäre Transferorbit ist ein Orbit, mit dem man Geostationäre Satelliten auf deren extrem hohe Bahn von etwa 36000 km befördert. Auf einem solchen Orbit wären eigentlich nur Raketenoberstufen zu finden…

Als sich dann Gerhard Holtkamp in die Diskussion einklinkte und die Raketenoberstufe „Atlas Centaur 1971-006B“ (Norad # 4882) vorschlug, wurde auch diese Vermutung sofort vom Space-Debris-Team überprüft und eindeutig festgestellt, dass der Orbit dieser Oberstufe exakt mit der Erscheinung am Himmel übereinstimmte.

Proof 1

(Quelle: Tim Flohrer, Benjamin Bastida/ESA via Software “PROOF”)

Dieses Bild entstand mit der Software „PROOF“ und zeigt die Ansicht des Sternenhimmels vom Raum Darmstadt aus (also ca. der Hälfte der Luftlinie zwischen den beiden Beobachtungsorten.) Der rote Strich im unteren rechten Bildrand zeigt die Bewegung der Oberstufe innerhalb von ca. 15 Minuten.Die Raketenoberstufe bewegt sich hier also von Westen über Süden in Richtung Osten und im Zeitraum unserer Beobachtungen war sie also ziemlich exakt an der Stelle, an der wir sie fotografiert haben…

 

Die Atlas Centaur Oberstufe wurde 1971 gestartet und brachte den Satelliten „Intelsat IV F2“ in den Geostationären Transferorbit, sodass dieser Nachrichtensatellit, einer der ersten kommerziellen, seinen geostationären Orbit erreichen konnte.

Zum Zeitpunkt der Bilder war die Oberstufe ca. 4850 km entfernt. Die Bahn ist sehr elliptisch und hat ihr Perigäum (ihre Erdnähe) bei ca. 652 km und ihr Apogäum (ihre Erdferne) bei ca. 36436 km. Die Inklination (Bahnneigung) beträgt 28.25°

Somit war das Objekt also eindeutig bestimmt.

Ursprünglich wurde aufgrund der Helligkeitsschwankung eine Raketenoberstufe ausgeschlossen, da eigentlich nur Solargeneratoren das Licht auf diese Weise periodisch (durch Rotation) reflektieren. Das Verhalten dieser Oberstufe wurde allerdings mit einer starken Taumelbewegung und einer sehr wechselhaften Lackierung erklärt. Eventuell ist eine Seite der Oberstufe nicht oder mit klarem Lack lackiert, sodass das blanke Metall sichtbar ist. Die andere Seite wäre dann z.B. matt lackiert. Eine andere Begründung könnte die Ausrichtung der Rotationsachse sein, sodass man mal auf einen breiten Teil der Oberstufe blickt, der das Licht voll reflektiert und dann auf den Bereich schaut, an dem die Triebwerke montiert sind. Dort wird das Licht dann eher gestreut und die Querschnittsfläche, die das Licht reflektieren kann, ist viel geringer.

Hier ein Bild einer solchen Centaur D Oberstufe:

Centaur D

(Quelle: http://www.b14643.de/Spacerockets_2/United_States_3/Centaur/Centaur.htm )

Durch Vergleichen der berechneten Bahn konnte ich feststellen, dass die Oberstufe „von unten“ in das Bild hinein wanderte und Dirks Aufnahme wohl etwas später entstanden sein musste, als meine. Doch das ist mit der Uhrzeit nicht ganz in Einklang zu bringen, weshalb ich wohl darauf schließen muss, dass meine Kamera die Uhrzeit um ca. eine Minute ungenau angezeigt hat. Die angezeigte Uhrzeit befindet sich auf der Bildunterschrift.

 

Ich habe hier einmal den Groundtrack der Atlas-Centaur Oberstufe mit Satcal errechnen lassen:

 

Groundtrack Atlas Centaur Satcal

Es fällt auf, dass der Geostatioäre Transfer Orbit eine deutliche Schleife zieht, die sich sehr stark von den Groundtracks Satelliten mit gleich hohen Umlaufbahnen unterscheidet. Grund dafür ist eben die extreme Exzentrität des GTOs. Am Wendepunkt der Schleife in der Mitte des Bildes hat die Atlas Centaur Oberstufe die größte Höhe.

Hier ein Orbitdiagramm von Heavens-Above:

Orbit Diagramm Heavens Above

 

 

Nebenbei wurde auf Dirks Aufnahme oben noch eine weitere Satellitenspur entdeckt, welche wohl von der ARIANE 4 Oberstufe “ ARIANE 44L R/B” (1991-084C, (NORAD #21815) 405 km x 35270 km, 4,4° Inklination) stammt. Mit dieser Oberstufe wurde im Jahr 1991 der Satellit „Telecom 2A“ in den GTO gebracht. Zum Zeitpunkt von Dirk’s Aufnahme war der Satellit unglaubliche 31177 km von uns entfernt! (Gratulation Dirk!)

 

Hier noch eine übersichtskarte der ARIANE 4 Oberstufe:Proof 2

(Quelle: Tim Flohrer, Benjamin Bastida/ESA via Software “PROOF”)

Die Zeitspanne der Simulation beträgt wieder 15 Minuten, doch die rote Bewegungsspur ist hier deutlich kürzer ausgefallen, was man mit der enormen Entfernung des Objekts begründen kann.

 

Man sieht also, dass man nicht immer kriminelle Taten benötigt, um etwas Detektivarbeit zum Knobeln zu bekommen. Sherlock Holmes wäre sicherlich stolz auf die Menschen, die hier aus einfachen Zufallsaufnahmen einen so schwach leuchtenden Himmelskörper eindeutig bestimmt haben. Das ist schon eine großartige Leistung!!!

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Ich bin 1992 geboren und besuchte bis zum Abitur das "Gymnasium Gernsheim". Dort war ich in den Leistungskursen Mathe und Physik. Zur Zeit studiere ich Physik an der Technischen Universität in Darmstadt. Ich interessiere mich schon sehr lange für allerlei Wissenschaften, was wohl auch die Studienfachwahl begründen dürfte. Seit Ende 2006 beschäftige ich mich aktiv mit der Astronomie, worauf bald die Mitgliedschaft bei der Arbeitsgemeinschaft Astronomie und Weltraumtechnik Darmstadt folgte. Kevin Gräff

4 Kommentare

  1. Elementary, my dear Kevin …

    …. Nein, elementar sind die ganzen Dinge nicht, die ihr da gemacht habt. Eine wirklich reife Leistung. Vor allem sieht man, wie viel Wissenschaft sich aus der Sternbeobachtung ziehen lässt.

    Man will ein Bild vom Sternhimmel machen, was schon mal nicht trivial ist. dann sieht man eine kleine Strichspur, fragt sich, was das sein könnte, und schon kommt eins zum anderen und man hat mit jeder Menge Physik, Mathematik, Geometrie, Historie, Logik und Deduktion zu tun.

    Das ist Wissenschaft, und das illustriert besser als alles andere, warum Astronomie wichtig ist und warum man sie jungen Leuten nahe bringen soll.

  2. Glueckwunsch!

    ich schliesse mich Michaels Kommentar an. Das ist eine sehr gute Arbeit und eine sehr schoene und lesenswerte Analyse!

    Please extend the credits to my colleague Benjamin Bastida who actually did the work.

  3. RE Sherlock

    Mir wurde als Bildquelle nur das geschriebene mitgeteilt. Ich habe die Quelle nun erweitert 😉

    Freut mich, dass der Artikel Anklang findet!

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