Satellitenwelt - Visuelle Beobachtung von Raumflugkörpern

Das visuelle Beobachten von Raumflugkörpern ist ein eigenständiges Thema. Viele Weltraumbegesterte und Astronomiefans auf der Welt beschäftigen sich mit diesen Thema und tauschen sich regelmäßig mit ihre Beobachtungen in Foren aus.
Die ISS ist das vierthellste Objekt nach Mond (-12,5 mag), Venus (-4,4 mag) und Jupiter (-2,5 mag) am Nachthimmel und das für Satellitenfans somit interessanteste überhaupt. Auch Ungeübte oder Einsteiger in dieser Materie, haben einen sehr schnellen Erfolg bei ihren ersten Beobachtungen der ISS. Hauptsechlich beschränkt sich das visuelle Beobachten, auf Objekte im Erdnahe Raum, bis zu einer Flughöhe von 1.000 km. In einer lichtverschmutzten Großstadt ist das Beobachten von Objekten bis zu einer Grenzgröße von ca. 4,0 mag mit dem bloßen Auge möglich. Alles was über diesen Wert liegt, ist die Beobachtung ohne ein optisches Hilfsmittel wie ein Teleskop oder Fernglas nicht mehr möglich. Von den bis August 2009 befindlichen ca. 15.200 Objekten in einer Umlaufbahn um die Erde, sind nur ca. 3% mit dem bloßen Auge sichtbar. Die Helligkeit aller Objekte wird in Magnitude, abgekürzt mag angegeben. Je negativer dieser Wert ist, um so heller erscheind das Objekt am Nachthimmel. Die ISS als hellstes künstliches Objekt, hat eine Helligkeit von -2,0 mag. Dieser Wert bezieht sich auf 1.000 km Entfernung und einer Beleuchtung von 50% der Fläche durch die Sonne. Um überhaupt visuelle Beobachtungen durchführen zu können, sind gewisse Vorraussetzungen erforderlich. Einmal muß es am Standort des Beobachters ausreichend dunkel sein und ein wolkenfreier Himmel ist erforderlich. Ab einer Sonnenhöhe von ca. -7 Grad unter dem Horizont, sind die ersten visuellen Beobachtungen von hellen Objekten möglich. Da es ja keine selbstleuchtende Objekte sind, ist es wichtig das die Objekte von der Sonne ausreichend beschienen werden müssen. Sobald ein Objekt in den Erdschatten eintaucht, wird es für uns Betrachter am Boden praktisch unsichtbar.

Die verschiedenen Phasen der Sichtbarkeit von Objekten.:
1/A: Das Objekt tritt aus dem Erdschatten und ist eben noch als Sichel sichtbar.
1/B und C: Der Beobachter blickt auf die schlecht beleutete Rückseite und sieht das Objekt fast nicht.
2/A: Gute Sichtbarkeit.
2/B und C: Die Sichtbarkeit nimmt ab.
3: Der Satellit ist unsichtbar, da der Himmel zu hell ist.

Die besten Voraussetzungen sind in der Zeitspanne kurz nach Sonnenuntergang bzw. kurz vor Sonnenaufgang möglich. In den Sommermonaten sind es ca. ± 3 h und in den Wintermonaten ca. ± 1,5 h, wo diese Vorraussetzungn erfüllt werden. Durchschnittlich sind in den Sommermonaten so ca. 50-60 und in den Wintermonaten 30-40 sichtbare Durchgänge bis zu einer Helligkeit von 4,0 mag, in einer Nacht möglich. Die hellsten zu beobachtenden Objekte sind hauptsechlich ausgebrannte Oberstufen von Trägerraketen, die leider bis heute bei jeden Raketenstart als Schrott in der Umlaufbahn übrig bleiben. Durch die großen Abmaße der Oberstufen besitzen sie auch viel reflektierende Fläche. Viele dieser Oberstufen haben in periodischen Intervallen eine unregelmässige Helligkeit, während der Beobachtung des Überfluges. Dies deutet immer auf ein taumelndes und somit nicht in der Fluglage stabilisiertes Objekt hin. In diesen Fällen kann man immer von Weltraumschrott ausgehen.

Ein im wahrsten Sinne absolutes Highlight, sind die sogenannten Iridium-Flares. Die Iridium Satelliten waren einmal der Anfang für das telefonieren direkt via portablen Satellitentelefon über Satellit für jeder Mann. Von dem Satellitensystem mit insgesamt 90 Iridium-Satelliten, hat jeder Satellit drei silberüberzogene MMA (Main Mission Antennen) Teflonantennen, die gewinkelt in Bezug auf seinen Körper stehen und eine sehr stark reflektierende Oberfläche besitzen. Normalerweise sind die Iridium Satelliten mit gerade mal 6-7 mag, mit dem bloßen Auge nicht sichtbar. Interessant können sie aber in einer kleinen Zeitspanne von wenigen Sekunden werden, wo sie eine enorme Helligkeit bis maximal -6 mag entwickeln können. In Fachkreisen spricht man dann von einem Flare (dt. aufflackern, aufblitzen). Dieser Flare kommt zu stande, wenn sich das reflektiere Sonnenlicht in den Teflonantennen bündelt und in einen bis zu 150 km breiten Lichtkegel zum Beobachter geworfen wird. Die Iridium-Flares sind für mich und vielen anderen Weltraumbegesterten, immer eine sehr beeindruckende Erscheinung am Nachthimmel.

Für die Berechnung der sichtbaren Überflüge braucht man natürlich auch ein passendes Werkzeug. Das Programm AstroSat von Rainer Kracht aus Elmshorn, ist eins der beste Programme für diesen Zweck. Mit AstroSat hat man praktisch die volle Kontrolle über den Nachthimmel und man kann wirklich nichts verpassen. AstroSat kann man mit allen über 10.000 verfügbaren Keplerelementen füttern und sich entweder den Zeitpunkte der höchsten Elevation über dem Horizont oder die höchste Helligkeit, für z.B. auch den Iridium-Flares berechnen zu lassen.

Ein anderes gutes Programm ist Heavensat. Mit diesen Programm von Alexander Laspin aus Moskau ist es zusätzlich zu der Berechung von sichtbaren Überflügen möglich, alle verfügbaren Objekte in einer Echtzeit-Ansicht für einen jeweiligen Standort zeigen zu lassen.

Es gibt aber auch die Möglichkeit, visuelle Satellitenüberflüge, Iridium-Flares und auch Sonnen-Transits, mit Hilfe von Onlinediensten berechnen zu lassen. Die hierbei besten Internetseiten sind Real Time Satellite Tracking, CalSKY und Heavens-Above.

Da es keine privaten Veröffentlichungen von Keplerelementen mehr geben darf, wurde auch der Download der speziell überarbeitenden Keplerelemente leider eingestellt. Für visuelle Beobachtungen mit z.B. AstroSat, ist es vorteilhaft Keplerelemente mit Helligkeitsangaben für die genaue Berechnung der visuellen Überflüge zu nutzen. Aus diesen Grund hat Mike McCants ein kleines Programm auf DOS-Ebene geschrieben, mit dem man Keplerelemente mit Helligkeitsangaben versehen kann. Das Programm mit dem Namen xf6.zip ist auf der Homepage von Mike McCants für jedermann abrufbar.

So wird's gemacht:
Als ersten Schritt besorgt man sich bei Space-Track die TLE-Datei "Full Satellite Catalog" mit dem Namen catalog_... .zip, wo alle Objekte (außer die militärischen der USA) die sich im Erdorbit befinden, zu bekommen sind. Jetzt geht es weiter zur Homepage von Mike McCants wo es die Datei mit dem Namen mcnames.zip zum Download gibt und die Helligkeitsangaben aktueller Satelliten abgelegt werden.
Wenn man die beiden Dateien hat kann die Arbeit richtig losgehen. Vor dem starten der xf6.exe, muß man die beiden entpacken Dateien catalog_... .txt und mcnames in den Ordner von xf6 ablegen. Als erstes wird jetzt nach dem starten des Programms, das "Master Selection File" verlangt, welches das mcnames ist. Danach kommt das "Input TLE File" catalog_... .txt (Endung nicht vergessen) und zum Schluß das "Output TLE File", dem man einen beliebigen Namen und Endung geben kann. Nach einen Augenblick des Arbeitens schließt sich das Programm und im xf6 Ordner ist die fertig kreierte Datei abgelegt.

Beim dritten Versuch und nach 6 Tagen Verzögerung hat es am 5. Dezember 2001 endlich geklappt, und das Space Shuttle Endeavour hob um 16:19 Uhr CSD Ortszeit zu seiner Mission STS-108 ab. Ich war "nur'' 9 km entfernt und es war sehr eindruecklich ! Es dauerte rund 30 Sekunden bis der Schall uns erreichte, doch dann wurde es laut........! Es klang wie ein Donner-Grollen bei einem sehr starken Gewitter. Man konnte die Vibration am Körper spühren und es schien kein Ende zu nehmen. Die Flammen der Triebwerke waren so hell dass der Rest des Shuttles beinahe unsichtbar wurde. Im Fernglas war es einfach wunder schoen............
Das absprengen der beiden Solid Rocket Booster konnte man ohne Probleme erkennen. Nach ca. 3 Minuten wurde es dann immer schwieriger, da die Endeavour jetzt langsam hinter einem Wolkenschleier verschwand.
Zurueck blieb eine gewaltig hohe Rauchsäule. Die untergehende Sonne führte zu einem gigantisch langen Schatten der Rauchsaeule, welche sich bis zum Horizont hinunter streckte !
Da der Start und der Sonnenuntergang beinahe zeitgleich ablief, erstrahlte die Rauchsäule in malerischen Farben welche von gelb-orange über rot bis hin zu blau reichten.........einfach Atem beraubend ! Der obere Rand dieser Rauchsäule zerfiel langsam zu einer gewöhnlichen Wolke, welche sogar noch eine Stunde nach dem Start sichtbar war...........
Danke an Sandro Boschetti für den großartigen Augenzeugenbericht.

Grundsätzlich hat man bei der Beobachtung von einem Satelliten (oder ISS) in einem Teleskop ein grosses Problem: Die Geschwindigkeit.

Da die Station und die meisten anderen Satelliten mit ca. 28'000 Km/h "unterwegs" sind, ist es sehr schwierig um nicht zu sagen unmöglich mit einem Teleskop zu folgen. Was man weiter noch beachten muss ist das sehr kleine Gesichtsfeld !!! Ich sehe durch mein Teleskop nur ein winzig kleiner "Punkt" am Himmel. Um erfolgreich zu sein muss genau dieser "Punkt" mit der momentanen Position der ISS übereinstimmen.
Wie ich schon gelesen habe, gibt es ganz Fanatische Leute welche mit grossem technischen, und leider auch finanziellem, Aufwand das Teleskop mit Hilfe von schnellen Motoren genau der ISS über den Himmel nachführen !
Dass man mit solch einem Aufwand, gepaart mit einem starken Teleskop, enorm schöne Aufnahmen machen kann, demonstriert sehr schön folgende Seite:

Da ich nicht so einen grossen Aufwand betreiben möchte, habe ich mich für die etwas einfachere Variante entschieden. Die Videokamera ist an das Teleskop montiert und man führt es von Hand der ISS nach. Es ist klar dass man von Hand nicht einen konstanten Film mit der ISS im Bildfeld machen kann ! Wegen dem kleinen Gesichtsfeldes, ist es eher Zufall wenn man dann die ISS doch mal für einen kurzen Moment erwischt.
Da die Videokamera in jeder Sekunde mehrere Bilder schiesst, hat man nun die Möglichkeit den Film genau an die Position zu bringen an der die ISS kurz zu sehen ist. Dann muss man nur noch ein geeignetes Standbild herausnehmen, und dies noch ein wenig am PC bearbeiten.
Da die ganze Aktion also auch auf Glück beruht, sollte man nicht gleich nach dem ersten Versuch aufgeben !

Ich beobachtete die ISS mit meinem Celestron 8 Teleskop welches über eine Öffnung von 20 cm verfügt. Die dabei verwendete Vergrösserung betrug ca. 200-fach.

Das Bild habe ich am 11.2.2001 um ca. 19:49 Uhr MEZ aufgenommen. Die ISS hatte zu dieser Zeit ihre 12748. Erdumrundung mit einer ungefähren Distanz von 600 Km von meinem Beobachtungsort, welcher in Lengnau AG Schweiz (47°31’38"N 8°19’45"E) liegt.

Der Vergleich mit einem Bild der NASA links, zeigt dass man die beiden Solarzellen problemlos sehen kann. Bei etwas genauerem Hinsehen erkennt man auch die Stelle an der diese miteinander verbunden sind. Man beachte dass die Module "verschmolzen" sind. Sie wirken zudem einiges breiter als bei der NASA-Aufnahme. Dies liegt wohl an dem Shuttle welches zu diesem Zeitpunkt mit den Modulen verbunden war, und auf dem Foto der NASA fehlt.

Zum Zeitpunkt des Fotos war gerade die Mission STS 98 mit dem Shuttle Atlantis an die ISS angekoppelt. Das Missionsziel war die Installation des Destiny Labor Modules.

In den Jahren 1999-2001 ist es mir mehrfach geglückt unverhofft, eine sensationelle Beobachtung machen zu können. Die Himmelsposition war dabei mit etwa 70-80° Elevation nordwestlich in der nähe des kleinen Wagens immer die selbe. Da ich mich etwas mit Sternbildern bzw. mit gut sichtbaren Sternen auskenne, ist mir immer gleich ein künstlicher heller Himmelskörper der eigentlich sonst nicht in das Sternbild paßt aufgefallen. Das Objekt war mit geschätzten 1-2mag etwas heller als die beiden Sterne Gamma UMi Pherkad und Beta UMi Kochab aus dem Sternbild des kleinen Wagens, die am nächsten daran waren. Es bewegte sich nur nach langem hinsehen und nach dem vergleichen zu nahestehenden Sternen, nur sehr langsam. Aus der Geschwindigkeit am Nachthimmel konnte ich mir schon damals sehr gut ausrechnen, daß es sehr hoch mit einer geschätzten Flughöhe von etwa 30.000km haben müßte. Von der Länge der Sichtbarkeit konnte ich es etwa 2-3 Minuten gut beobachten, bis es dann nach einem kurzen Aufhellen sehr schnell dunkler wurde und am Nachthimmel verschwand.
Leider war mir es über eine lange Zeit nicht gelungen näheres über das Objekt zu erfahren. Und auch mit dem Programm "Astrosat" und den heute mir wissenden fehlen der Keplerelementen, konnte ich damals kein genaues Objekt was auf meine Beobachtungen paßt, ermitteln.
Nach ein paar Monaten in einem Artikel in der Zeitschrift "Tele Satellit", ging es um das Thema "Augen und Ohren über Afghanistan", was mir die fehlenden Informationen vermitteln konnte. Es stand geschrieben, daß die USA einen geheimnisvollen Riesenvogel im Erdorbit haben soll. Dieser ist ein echter Spionagesatellit, der den Namen "Trumpet 3" bzw. nach eingehender Suche im Internet den nichts verratenden Namen "USA 136" trägt. Der Satellit könne 2000 Kommunikationsquellen also Frequenzen simultan abhören. Hauptsächlich sollte er für Flugfunk bis hin zum normalen Telefon was über Richtfunkstrecken verbreitet wird und für jegliche anderer Art von Kommunikation zum abhören eingesetzt werden. Ursprünglich wurde er für den kalten Krieg auf Russland ausgerichtet. Da man aber nun Freunde geworden ist, hat man einen neuen Feind gefunden der in Afghanistan sitzt und "Trumpet 3" nun darauf ausgerichtet ist.
Um diese gewaltigen Abhörleistung zu bringen und aus dieser großen Entfernung noch gute Signale zu erhalten, besteht der ca. 6t schwere Satellit aus einer riesigen ineinandergreifende Reflektor-Antenne, die einen Gesamtdurchmesser von 150m haben soll. Er sieht im Prinzip wie eine gewaltige Offset-Antenne aus, wo der eigentliche Satellit im Brennpunkt wie ein LNB vor der Reflektor-Antenne sitzt.
Nach dem wissen des militärischen Namens "USA 136", war es mir nun möglich geworden Keplerelemente vom "Trumpet 3" zu besorgen, daß ich meine zuletzt dokumentierte Beobachtung noch einmal mit "Astrosat" ausprobieren konnte. Das Datum die Zeit und die Position von damals stimmten auf Anhieb mit meiner Beobachtung überein. Das Rätsel um das mysteriöse Objekt wurde nun von mir mit einem guten Denkanstoß aus dem Zeitungsartikel gelöst.
Trumpet 3 (USA 136)(25034) ist am 08.11.1997 mit einer Titan-4(01)A Centaur-G Trägerrakete auf eine hocheliptische Umlaufbahn von 2.000-38.000km Höhe gestartet wurden. Es gibt auch zwei Vorgänger, den Trumpet 2 (USA 112)(23609) und den Trumpet 1 (USA 103)(23097). Von diese ich aber keine Informationen habe, ob sie auch eine 150m Reflektor-Antenne besitzen und damit gut Sichtbar sind.

Am 21.07.2001 von 23:11-23:13 Uhr MESZ ist es mir gelungen links neben dem Sternbild "Der kleine Wagen" ein Objekt mit dem bloßen Auge zu beobachten, was etwa nach meiner Schätzung 1-2mag hell war und sich nur sehr langsam zu bewegen schien. Gleich war mir es klar das es sich nur um ein sehr hoch fliegendes Objekt handelte, was gerade einen Flare (dt. Aufblitzen) zu meinem Beobachtungsort machte. Nach etwa zwei Minuten Sichtbarkeit wurde es dunkler und verschwand. Nach eingehendes Nachforschen ist es mir gelungen das Objekt als Trumpet 3 (USA 136) zu identifizieren.

Es war an einem heißen und wolkenlosen Sommerabend an einen Freitag. Mein Bruder und ich standen auf dem Balkon, als ich ca. um 23:58 Uhr MESZ von Südwesten her ein doch sehr helles Objekt ab schon ca. 15° über dem Horizont sah. Es kam näher und flog über Süden in Richtung Osten weiter. Ich holte schnell mein Fernglas was eine 8fache Vergrößerung hatte und schaute mir das Objekt näher an. Ich traute meinen Augen nicht als ich sah, daß vor und hinter dem Objekt eine Art Schweif oder auch ein Lichtstrahl war, dieser in Flugrichtung stand und nach hinten etwas länger war. In diesen Lichtstrahl waren wiederum kleine helle Punkte. Vor dem Objekt etwa 2-3, dahinter schon mehr als doppelt so viele. Auch mein Bruder hatte sich das Objekt durch das Fernglas angeschaut und war sprachlos. Wir hatten uns dann überlegt einen weiteren Überflug des Objektes anzuschauen. Nach gute 95 Minuten um etwa 01:35 Uhr MESZ kam dann das Objekt wie schon erwartet von Westen näher. Mit dem Fernglas wieder betrachtet erschien es wieder, wie im Überflug schon davor. Es flog diesmal weiter über Norden nach Osten.
Heute da ich von den visuellen Beobachtungen von Satelliten wesentlich mehr Erfahrungen habe, meine ich zu wissen, daß es sich von der Inklination, der Schnelligkeit am Nachthimmel und der Helligkeit um die Raumstation MIR gehandelt haben muß. Damals hatte ich mir zwar das Datum und die Uhrzeit genau notiert, aber irgendwie über die Jahre hinweg ist der Zettel verloren gegangen. Nach vielen Überlegen und Rechnen, könnte es sich um die folgenden beiden Überflüge gehandelt haben.

An gewisse Tatsachen von damals an die ich mich noch gut erinnere, kann ich heute die Überfluge noch sehr gut nachvollziehen. Es muß an einen Freitag im Juni 1994 gewesen sein. Laut den alten TLE-Daten der MIR, würde es von den Überflügen am 17. auf den 18.Juni 1994 passen.

17. Juni 1994 23:56:34 MESZ 246.9° Azi. max. 68° Elv. bis 00:07:06 MESZ 76.7° Azi.
18. Juni 1994 01:32:55 MESZ 272.6° Azi. max. 77° Elv. bis 01:43:29 MESZ 90.5° Azi.

Die Frage ist jetzt nur, was diese Erscheinung um die MIR gewesen war. Laut Literatur und meinen Erfahrungen kann ich es mir bis heute noch nicht erklären.


Dies ist ein Bild eines Videofilmes vom Space Shuttle Atlantis während der STS-37, was mit einer CCD Kamera an einen 48inch Teleskop der USAF Phillips Lab Malabar Test Facility, über Florida am 08.04.1991 um 12:30 tagsüber gefilmt wurde.	Dieses Bild ist vom 25. Mai 2001 von Philip Masding und Mike Tyrrell, und zeigt die ISS mit sehr guten Details.

Foto der russische Raumstation MIR mit dem angedockten Space Shuttle Atlantis, von Marek Kozubal und Ron Dantowitz am Boston Museum of Science Observatory mit einem 12" Teleskop.	Russische Raumstation MIR mit einen 12" Schmidt-Cassegrain Telescope bei einer Entfernung von 430km von Meridian Controls Corporation.