Satelliten selbst beobachten

Die Monate mit den langen Tagen und den kurzen Nächten sind gut geeignet, um am Himmel nach künstlichen Satelliten Ausschau zu halten. Ende der fünfziger Jahre war das Auftauchen eines Satelliten noch etwas Sensationelles, und viele versuchten, das von Menschen geschaffene Sternchen zu finden. Heute können nur noch wenige von sich behaupten, einen Satelliten bewusst selbst gesehen zu haben. In diesem Aufsatz wollen wir Ihnen zeigen, das es erstaunlich einfach ist, die Raumfahrzeuge zu sehen und mitzuverfolgen, wie sie ihre Bahn über den Himmel ziehen.

Seit dem Herbst 1957 nahm die Anzahl der Satelliten stetig zu. Mittlerweile (2010) sind die Bahnen von 15’000 Körpern in einer Erdumlaufbahn bekannt. Die der Beobachtung von blossem Auge zugänglichen Satelliten kreisen knapp über der Erdatmosphäre in 200 bis 800 Kilometern Höhe. Dort fallen die Satelliten in 90 Minuten gewissermassen einmal um die ganze Erde herum. Einige spezielle Satelliten der Telekommunikation und der wissenschaftlichen Forschung kreisen auch in grösserer Höhe. Solche Satelliten und erst recht die noch höher kreisenden „Fernsehsatelliten“ können nur noch mit Amateurteleskopen beobachtet werden.

Satelliten im Alltag

Professioneller Empfänger

Fig. 1: Professioneller Empfänger für die zentimetergenaue Ortsbestimmung mit Hilfe von Satellitennavigation (DGPS). © RSL

Die Fernsehsatelliten, deren Signale heute jedermann mit einer Satellitenschüssel empfangen kann, kreisen auf einer Bahn mit einem Radius von ca. 42’000 km einmal pro Tag um die Erde. Da dies gleich lang dauert, wie die Erde für eine Drehung um die eigene Achse benötigt, scheinen diese Satelliten am Himmel still zu stehen. Diesem Umstand verdanken wir es, dass die Satellitenschüssel nicht dauernd neu auf den Fernsehsatelliten ausgerichtet werden muss. Müsste man dies, wären die Empfangsanlagen bedeutend teurer und die Satellitenschüsseln weniger verbreitet. Satelliten, die am Himmel scheinbar still stehen, nennt man geostationäre Satelliten. Neben den Fernsehsatelliten gehört beispielsweise auch der Wettersatellit Meteosat, dem Sie das Satellitenbild in der täglichen Meteo-Fernsehsendung verdanken, zu den geostationären Satelliten. Telefonieren Sie nach Übersee, so ist es möglich, dass ihr Gespräch über einen geostationären Satelliten geführt wird. Damit legen Ihre Worte gegen 80’000 km zurück. Dies entspricht 20% der Distanz Erde – Mond.

Auch tiefer fliegende Satelliten helfen im täglichen Leben. Es gibt Mobiltelefone, bei denen das Gespräch nicht via Bodenantenne weitergeleitet wird, sondern über Satelliten in einer erdnahen Umlaufbahn. Iridium, eine dieser kommerziellen Firmen, unterhält beispielsweise ein solches Satellitennetz. Auch andere Firmen bieten bereits ähnliche Dienstleistungen an oder werden dies bald tun.

Die Bestimmung der geographischen Position an einem beliebigen Standort war früher aufwendig und kompliziert. Heute kann jeder für den Preis eines besseren Handys einen Empfänger für die Signale der Navigationssatelliten GPS (Global Positioning System) kaufen. Diese Empfänger erlauben es, jederzeit und an jedem Ort der Erde seine Position in geographischer Länge und Breite nach einer nur Sekunden dauernden Messzeit auf ca. 10m genau abzulesen. Professionelle Geräte können die Postionsbestimmung nach Messzeiten im Stundenbereich sogar auf Zentimeter genau durchführen. Die Anwendung von GPS findet sich auch in Navigationsystemen von Flugzeugen und Autos. Doch auch die wissenschaftliche Vermessung der Erde stützt sich auf GPS (siehe Artikel „SRTM“ bei astro!nfo).

Künstliche Sterne

Wann Satelliten gut zu sehen sind.

Fig. 2: Satelliten sind am günstigsten zu beobachten, wenn der Satellit noch im Sonnenlicht ist, der Beobachter jedoch bereits Nacht hat. © A. Barmettler.

Wenn man beispielsweise damit beschäftigt ist, am mit Sternen übersäten Nachthimmel z.B. Arktur und Spica zu suchen, kann es geschehen, das man plötzlich ein Sternchen bemerkt, das zügig und gleichförmig über den Himmel zieht. Erstaunt folgt man seinem Weg von Norden nach Süden. Auf einmal wird sein Licht rasch schwächer. Kurz darauf wird es unsichtbar, lange bevor es den Südhorizont erreicht hat. Dies war ein Satellit auf einer polaren Umlaufbahn. Von einer polaren Bahn spricht man, wenn ein Satellit auf einer Bahn die Erde umkreist, die ihn vom Nordpol zum Südpol und wieder zurück führt.

Im Mai, Juni und Juli geht die Sonne nur wenig unter den Nordhorizont. Dies bedeutet, dass der Erdschatten in der Nacht von Norden nach Süden nicht besonders steil ansteigt. Selbst in tiefer Nacht ist es über uns in der Höhe der Satelliten heller Tag. Wir bemerken einen Satelliten, als er noch von der Sonne beschienen wurde und somit als über den Himmel laufendes Sternchen sichtbar wurde. Kommt der Satellit weiter in den Süden, so geht auch für ihn die Sonne unter. Während die Sonne für den Satelliten rasch untergeht, sehen wir sein Licht verlöschen (Abb. 3).

Je nach Grösse erscheinen die Satelliten unterschiedlich hell. Sehr grosse Satelliten, wie die Internationale Raumstation ISS erscheinen als auffällig helle Sterne. Kleine Satelliten hingegen können nur mittels Fernglas oder sogar Teleskop gesehen werden. Dazwischen gibt es viele Abstufungen.

(Fast) Keine Satelliten aus Osten

Vorhin hatten wir das Beispiel eines von Norden nach Süden fliegenden Satelliten. Er befand sich auf einer polaren Umlaufbahn. Diese Bahn wird gerne für Erdbeobachtungssatelliten genutzt, da so die ganze Erde eingesehen werden kann. Beispiele sind LANDSAT, Envisat, ERS und NOAA. Die Internationale Raumstation ISS bewegt sich ungefähr von Südwesten nach Nordosten oder von Nordwesten nach Südosten. Man wird jedoch kaum jemals einen Satelliten beobachten können, der aus östlicher Richtung kommend über den Himmel zieht. (Zur kleinen Gruppe der retrograd umlaufenden Satelliten gehören z.B. die israelischen Spionagesatellten Ofeq; diese umkreisen die Erde von Ost nach West.)

Dies liegt daran, dass die Erde von Westen nach Osten rotiert. Am Äquator bewegt man sich mit 1600 Kilometern pro Stunde oder 6% der Satellitengeschwindigkeit. Startet man den Satelliten mit der Drehung der Erde, so muss die Rakete nur 94% der Satellitengeschwindigkeit erreichen können. Die fehlenden 6% liefert die Drehung der Erde. Wollte man – aus welchen Gründen auch immer – entgegen dem Rotationssinn der Erde kreisen, so müsste die Rakete die 1600 km/h zuerst abbremsen und danach auf die volle Geschwindigkeit einer Erdumlaufbahn beschleunigen. Dies benötigt zusätzlichen teuren Treibstoff, ohne dass man einen Nutzen davon hätte. So erklärt es sich, das bisher fast keine Satelliten auf eine von Osten nach Westen verlaufende Umlaufbahn geschickt wurden.

Spiegel am Himmel − Iridium Flares

Iridium Satellit

Fig. 3: Iridium Satellit

Besonders spektakulär sind die sogenannten Iridium Flares. Flare heisst auf Englisch rasch ansteigende und wieder abklingende Leuchterscheinung und Iridium steht für das im Jahr 2000 in Konkurs gegangene Unternehmen, das Satellitentelefone anbot. Die Firma wurde von Iridium Satellite LLC übernommen und dank Verträgen mit dem amerikanischen Militär scheint das Angebot über weitere Jahre gesichert. Die Iridium-Satellitentelefone funken das Gespräch zu einem der vielen in 800 km über dem Erdboden kreisenden Satelliten (Abb. 4) oder erhielten von dort den Anruf. Das Besondere an diesen Satelliten sind die drei Übertragungspanels (Antennen), die wie Spiegel wirken. Sie reflektieren das Sonnenlicht auf die Erde, wodurch ein über 100 km breiter Lichtfleck mit der Geschwindigkeit des Satelliten von knapp 30’000 km/h über den Erdboden zieht. Wenn in der Dämmerung mehr oder weniger die Mitte dieses Lichtflecks über einem hinweg zieht, sieht man etwa folgenden Verlauf:

Aufnahme eines Iridium Flare

Fig. 4: Aufnahme eines Iridium Flares von 22 Sekunden Dauer. © R. Brodbeck.

Man blickt zum berechneten Zeitpunkt gespannt in die vorhergesagte Richtung. Man bemerkt plötzlich ein kleines Sternchen, das sich bewegt. Im Laufe der nächsten Sekunden wird es zunächst zögerlich, dann immer rascher heller, bis es für einen Moment fast blendet. Danach nimmt die Helligkeit wieder rasch ab (Fig. 4). Nach 20 Sekunden oder auch weniger ist die spektakuläre Satellitenerscheinung vorbei.

» mehr über Iridium-Satelliten und ihre Beobachtung!

Wann und Wo

Sie können selber Zeuge eines solchen Iridium Flares werden. CalSky von astro!nfo berechnet Ihnen, wann an Ihrem Wohnort ein Flare günstig zu sehen ist. Die Erscheinung ist relativ stark abhängig vom Beobachtungsort. Falls Sie mehrere Kilometer entfernt von einer in der Datenbank gespeicherten Ortschaft beobachten, sollten Sie die Koordinaten aus einer Karte ablesen und unter „Site“ links oben direkt eingeben. CalSky gibt Ihnen dann das Azimut (von Norden 0 Grad, Osten 90 Grad, Süden 180 Grad und Westen 270 Grad gezählt) und die Höhe über dem Horizont (0 Grad bedeutet am Horizont, 90 Grad senkrecht über Ihnen) aus. Die maximale Helligkeit wird in astronomischen Grössenklassen ausgegeben. Je negativer der Wert, desto heller die Erscheinung. CalSky ist auch in der Lage, den voraussichtlichen Flare in eine Sternkarte einzuzeichnen.

Vergessen Sie aber auch die normalen Satelliten nicht. Die ISS einmal über den Himmel ziehen sehen, womöglich noch mit einer gerade im Andocken begriffenen Kapsel, ist auch ein eindrückliches Erlebnis.

Galaxie M51 mit einer Satellitenspur

Fig. 5: Hier zog ein Satellit seine Spur über die Aufnahme der Galaxie M51. © R. Brodbeck.

Bei solch hellen Satelliten ist die Ortsabhängigkeit nicht mehr so wichtig, wie bei den Iridium Flares. Es genügt, wenn Sie die Ihnen nächstgelegene Ortschaft aus der Datenbank von CalSky wählen. Wenn man nur den Satelliten einmal sehen will, genügt es, wenn man weiss, zu welchem Zeitpunkt man in welche Himmelsrichtung schauen muss. Will man jedoch erfahren, welcher Satellit einem während der Belichtung über die Himmelsaufnahme gehuscht ist (Fig. 5), muss man die Koordinaten des Beobachtungsortes möglichst genau eingeben.

Auf CalSky steht eine automatisch mehrmals täglich aktualisierte Datenbank von gegen 2000 Satelliten und Trümmern zur Verfügung, deren scheinbare Bahnen in Sternkarten eingezeichnet werden können. So sollte es möglich sein, den Übeltäter zu finden, der einem einen Strich durch die Aufnahme gemacht hat.

Über den Autor Dr. Roland Brodbeck

Dr. Roland Brodbeck
Mehr über den Autor: main-verlag.de, Wikipedia

Dr. Roland Brodbeck, Jahrgang 1966, promovierte 1998 an der Eidgenössischen
Technischen Hochschule in Zürich mit einer Arbeit über Spektroskopie in
der Astrophysik.  Er arbeitete mehrere Jahre als Demonstrator an der
Volkssternwarte Urania Zürich und gab Astronomieunterricht an der
Volkshochschule Zürich. Er ist auch als freier Wissenschaftsjournalist
und Buchautor tätig.