MITTEILUNGEN. Der ASTRONOMISCHEN VEREINIGUNG KARLSRUHE e.v. Die Marsopposition Mars-Zeichnung von Schiaparelli

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1 MITTEILUNGEN Der ASTRONOMISCHEN VEREINIGUNG KARLSRUHE e.v. Heft 2/2001 No Juni 2001 Die Marsopposition 2001 Mars-Zeichnung von Schiaparelli Photographie der Marsoberfläche von Viking-Orbiter Herausgeber: Astronomische Vereinigung e.v. Red.: Th. Reddmann, Wilh.-Leuschner-Str. 18, Tel , Postgirokonto BLZ

2 MITTEILUNGEN DER AVK NR. 48 HEFT 2/2001 Liebe Vereinsmitglieder, unsere neue Lokalität für den Vereinsabend, der Hörsaal im Naturkundemuseum, hat sich soweit bewährt, dass wir bis auf weiteres so weitermachen wollen. Wir müssen allerdings neben dem Hausmeisterwartegeld auch einige Formalitäten beachten und rechtzeitig bei der Verwaltung unsere Termine anmelden. Wenn man diesen Dienstweg nicht einhält, ist der Hausmeister nicht da und das Tor bleibt zu. So ging es uns am Montag, dem 14. Mai, glücklicherweise waren nicht viele Gäste da. Dies ist der Grund, warum der eigentlich für Mai vorgesehene Vortrag über den Mars auf Juni verschoben wurde und bereits in diesen Mitteilungen erscheint. Auch der Kaiserhof ist als anschließender Treff zum Gedankenaustausch geeignet und wird akzeptiert. Das diesjährige Sommerfest findet dank der Einladung von Herrn Feuerstein am 28. Juli wieder auf seiner Sternwarte statt, siehe auch die gesonderte Einladung dazu in diesem Heft. Zum Beobachten steht der Mars an, dessen Opposition am unmittelbar bevorsteht. Man sollte nicht so lange mit der Beobachtung warten, bis der Mars bequem am Abendhimmel steht, dann ist er schon wieder zu klein. Näheres finden Sie im Hauptartikel dieses Heftes. Erfreuliche Mitteilungen gibt es auch aus dem privaten Bereich von Vereinsmitgliedern zu vermelden: - Herr Hase hat für seine wissenschaftlichen Arbeiten im Zusammenhang mit seiner Doktorarbeit den Umweltpreis der Sparkasse erhalten. - Herr Stingl hat ebenfalls seine Doktorarbeit abgeschlossen und darf sich nun mit dem Dr. schmücken. Wir gratulieren. Der Vorstand der AVK Weitere Mitteilungen aus dem Verein Herr Villringer gibt einige der letzten Jahrgänge von Sterne und Weltraum kostenlos ab. Wer sie abholen möchte, möge sich bitte telefonisch bei ihm melden. Herr Reichert möchte eine CD mit Bildern aus dem Vereinsleben der AVK zusammenstellen. Aus eigenen Beständen hat er bereits über 300 Bilder von Vereinsfesten, Ausflügen, Fernrohrreparaturen und Sonstigem zusammengestellt und eingescannt. Auf einer CD ist Platz für etwa 600 Bilder, es wäre also schön, wenn noch einige zusammenkämen. Sehen Sie daher bitte bei sich nach, ob Sie dafür Dias, Negative oder auch Bilder zur Verfügung stellen möchten. Bringen Sie dieses Material bitte Herrn Reichert bei Gelegenheit mit. Er wird es pfleglich behandeln und nach dem Einscannen wieder zurückgeben. Die CD wird mit der nötigen Software zum bequemen Betrachten und Suchen von Bildern ausgerüstet sein. Wir könnten sie nach der Fertigstellung zum Selbstkostenpreis oder mit einer kleinen Spende für die AVK verbunden, sagen wir für 5 bis 10 DM an Vereinsmitglieder abgeben. Seite 2

3 MITTEILUNGEN DER AVK NR. 48 HEFT 2/2001 Die Marsopposition 2001 (Vortrag von J. Reichert, T. Reddmann und T. Stingl am ) Der Mars hatte schon in alten Zeiten eine besondere Bedeutung für die Menschen, die seinen Lauf beobachteten. Dies lag einmal an seiner roten Farbe, die ihn als Symbol des Krieges prädestinierte, zum anderen aber an seinen starken Helligkeitsschwankungen auch bei den Oppositionen und seinen schwer verständlichen Schleifen. Die eigentliche Ursache dafür ist seine relativ hohe Bahnexzentrizität von 0,093, die übrigens auch der Grund dafür ist, dass Kepler überhaupt seine berühmten Gesetze finden konnte. Hätte er sich z. B. die Venus mit ihrer Bahnexzentrizität von ausgesucht, hätte er bei der damaligen Beobachtungsgenauigkeit wohl keine Chance für seine große Entdeckung gehabt. Der Mars spielte aber auch bei der Bestimmung der Entfernung der Sonne von der Erde, der sog. Astronomischen Einheit (AE) eine bedeutende Rolle im Laufe der letzten Jahrhunderte. Tabelle1: Die Sonnenparallaxe im Laufe der Zeiten Bestimmung der Entfernung Erde - Sonne Berechner (Methode) Parallaxe km Aristarch - Tycho Brahe (260v.Chr n.Chr., Mondquadratur) 3' Kepler (Mars) 1' Cassini, Richer (Marsopp. 1672) 9,5" Encke (Venusdurchgang 1769) 8,57" Newcomb (Venusd und 1882) 8,85" Rabe (Erosopposition 1930/31) 8, JPL DE200 (1984, Radar Mars u.a.) 8, (+/- 1km) Seit Aristarch galt für die Sonnenparallaxe der Wert 3', den er mit seiner Methode der Mondquadratur bestimmt zu haben glaubte. Die Methode ist genial und im Prinzip auch völlig richtig (siehe Bild 1): Wenn der Mond genau halb beleuchtet ist, muss der Winkel 1 zwischen Erde und Sonne am Mond genau 90 sein. Bestimmt man nun auf der Erde den Winkel 2 zwischen Mond und Sonne, so hat man ein Maß für die Entfernung der Sonne. Allerdings muß dabei die Entfernung Erde - Mond bekannt sein. Die glaubte man damals aber mit etwa km gut zu kennen und das war ja auch nicht so abwegig. Den Winkel 2 mit damaligen Mitteln zu bestimmen, war aber nahezu unmöglich und wäre auch heute schwierig und sehr ungenau. Aber der von Aristarch "gemessene" Wert von 3' wurde selbst von Tycho Brahe noch kritiklos akzeptiert. Kepler war skeptischer und leitete nach kurzer Überprüfung der Messungen Tycho Brahes am Mars ab, dass die Sonnenparallaxe kleiner als 1' sein müsste. Bild 1: Methode des Aristarch zur Bestimmung der Sonnenparallaxe Mond 1 2 Sonne Erde Nachdem dann die Keplerschen Gesetze bekannt waren, kannte man mit einem Schlag alle Entfernungen im Sonnensystem mit recht hoher Genauigkeit aber nur in Einheiten der Entfer- Seite 3

4 MITTEILUNGEN DER AVK NR. 48 HEFT 2/2001 nung Erde-Sonne. Man muss also nur eine irgendeine Entfernung in einem bekannten Maß also z.b. km - bestimmen, dann kennt man auch alle anderen. Cassini erkannte als erster, dass - von Venusdurchgängen abgesehen - der Mars die beste Möglichkeit bietet, die Sonnenparallaxe zu bestimmen. Er schickte Richer nach Südamerika und verglich dessen Messungen in der Opposition von 1672 mit seinen eigenen aus Paris. Die von ihm abgeleitete Parallaxe von 9,5" hatte immerhin 100 Jahre Gültigkeit, bis sie von den Venusdurchgängen 1769 und den beiden kurz aufeinander folgenden von 1874 und 1882 weiter verbessert wurde. Der nächste Schritt kam in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts aus der Beobachtung des kleinen Planeten Eros mit einem Ergebnis von 8,796". Die Abweichung vom heutigen Wert von 8,794..." betrug nur noch 2 Tausendstel Bogensekunden! Und der neueste Wert ist wieder mit Hilfe von Marsbeobachtungen entstanden. Bei der Berechnung der Ephemeride des gesamten Sonnensystem DE200 in den Jahren 1982 bis 1984 wurden alle brauchbaren Beobachtungen aller Planeten, der Sonne und des Mondes benutzt. Dabei stellte sich heraus, dass Radarbeobachtungen des Mars, durchgeführt in Arecibo, die genauesten aller Beobachtungen waren und es gestatteten, die Entfernung bis auf etwa 10cm genau zu bestimmen. Leider gibt es noch eine ungeklärte Schwankung der Entfernung in der Größenordnung von einem Meter, so dass die abgeleitete Sonnenentfernung auch nicht genauer sein kann. Immerhin verdanken wir es dem Mars, dass wir die Entfernung Erde-Sonne, die Astronomische Einheit, heute auf etwa 1m genau kennen. Bild 2: Lage der Mars- und Erdbahn, Marsoppositionen Die Exzentrizität der Marsbahn ist die Ursache dafür, dass die Oppositionsentfernung des Mars zwischen 56 und 100 Millionen km schwankt (siehe Bild 2). Da die Apsidenlinie (die Linie, die Aphel=Sonnenferne und Perihel=Sonnennähe verbindet) des Mars nahezu feststeht (sie braucht mehrere Jahre für eine Umdrehung), finden günstige Marsoppositionen immer Ende August/Anfang September statt und dabei steht Mars leider für uns immer recht tief am Horizont im Sternbild Steinbock und im Wassermann. Eine solche sehr gute Opposition findet 2003 statt, die letzte war Die diesjährige Opposition ist mit 67 Mill. km Mi- Seite 4

5 MITTEILUNGEN DER AVK NR. 48 HEFT 2/2001 nimalabstand also noch nicht optimal. Wie sich der unterschiedliche Oppositionsabstand auf den von der Erde beobachtbaren Durchmesser des Mars auswirkt, zeigt Bild 3. Bild 3: Durchmesser des Mars bei verschiedenen Oppositionen Nach den Betrachtungen der Marsbahn wenden wir uns nun den physischen Eigenschaften des Mars zu. Bild 4 zeigt die wichtigsten physikalischen Daten des Mars. Bild 4: Die wichtigsten physikalischen Daten des Mars Es fällt auf, dass die Achsneigung und die Umdrehungszeit um die eigene Achse sehr ähnlich den Werten der Erde sind. Tages- und Jahreszeiten müssen daher sehr ähnlich sein, wenn man bedenkt, dass der Mars wegen seiner größeren Entfernung von der Sonne nur 44% des Sonnenlichts empfängt, das auf die Erde fällt. Obwohl man mit dem Fernrohr einige Einzelheiten auf dem Mars erkennen kann (siehe oberes Bild des Titelblattes), haben wir genauere Kenntnisse erst, seit Sonden den Mars umkreist haben und auf ihm gelandet sind. Die Geschichte der Marssonden ist lang und eine der unglücklichsten der Weltraumfahrt überhaupt (Tabelle 2). Seite 5

6 MITTEILUNGEN DER AVK NR. 48 HEFT 2/2001 Tabelle 2: Liste der Marssonden (!=mißglückt) Name Land Start Ankunft Mission!Mars 1960 A UdSSR 1960 Erdumlaufbahn nicht erreicht!mars 1960 B UdSSR 1960 Erdumlaufbahn nicht erreicht!mars 1962 A UdSSR 1962 Erdumlaufbahn nicht verlassen!mars 1962 B UdSSR 1962 Erdumlaufbahn nicht verlassen!mars 1 UdSSR 1962 Kommunikationsverlust, kein Vorbeiflug!Mariner 3 USA 1964 Solarpanels defekt, kein Vorbeiflug Mariner 4 USA Vorbeiflug (10.000km), Photos!Zond 2 UdSSR 1964 Kommunikationsverlust Mariner 6 USA Vorbeiflug, Photos Mariner 7 USA Vorbeiflug, Photos!Mariner 8 USA abgestürzt!kosmos 419 UdSSR 1971 Erdumlaufbahn nicht verlassen!mars 2 UdSSR harte Landung!Mars 3 UdSSR weiche Landung Mariner 9 USA Kartographierung!Mars 4 UdSSR 1973 falsche Bahn Mars 5 UdSSR 1973 Photos (nicht so gut wie Mariner 9)!Mars 6 UdSSR 1973 Landekapsel, Technik versagte!mars 7 UdSSR 1973 flog am Mars vorbei Viking 1 USA Orbiter und weiche Landung Viking 2 USA Orbiter und weiche Landung!Phobos 1 UdSSR 1988 unterwegs verloren!phobos 2 UdSSR 1988 Landung mißglückt!mars Observer USA 1992 Kommunikationsverlust Global Surveyor USA Kartographierung, Magnetfeld u.a.!mars 96 RUS 1996 Erdumlaufbahn nicht erreicht Pathfinder USA weiche Landung, Fahrzeug!Nozomi JAP /2003 SwingBy an Erde missglückt!climate OrbiterUSA Absturz, metrisch-engl. Einheiten!Polar Lander USA Kontakt verloren (auch Deep Space 2) Mars Odyssey USA (geplant) Die erfolgreichen Sonden haben uns immerhin so gute Photos der Marsoberfläche und Analysen der Bodenproben geliefert, dass wir uns heute - in ganz kurzer Form zusammengefasst - etwa folgendes Bild von der geologischen Geschichte des Mars machen können. Die Fotografien zeigen, dass früher auf dem Mars Wasser in großen Mengen geflossen ist (siehe Bild 5 und das untere Bild auf der Titelseite), es müssen sogar Meere existiert haben. Bild 5: Bild von Global Surveyor aus der Gegend des Valles Marineris Seite 6

7 MITTEILUNGEN DER AVK NR. 48 HEFT 2/2001 Es existierte also früher einmal eine Atmosphäre auf dem Mars, die einen solchen Treibhauseffekt bewirkte, dass die Temperaturen in die Gegend des Gefrierpunktes des Wassers stiegen. Dies war vor etwa 4,2 Milliarden Jahren, kurz nach Erkalten der Marsoberfläche der Fall. Schon vor etwa 3,6 Milliarden Jahren waren jedoch die Meere größtenteils ausgetrocknet oder zu Eis erstarrt und die Atmosphäre zum größten Teil verschwunden. Wie konnte das geschehen? Es ist auf die geringe Größe und damit die geringe Masse des Mars zurückzuführen. An seiner Oberfläche herrscht nur ein Drittel der Schwerkraft, die auf der Oberfläche der Erde herrscht. Damit "verdampfen" die meisten Moleküle aus der Marsatmosphäre in den Weltraum, die auf der Erde festgehalten werden. Auch die Erde kann die leichten Moleküle wie Wasserstoff und Helium nicht festhalten, sie kommen daher in der Atmosphäre nicht mehr vor. Und das relativ leichte Wassermolekül verschwindet in durchaus nennenswerten Mengen von der Erde in den Weltraum. Was nach der Verdunstung des größten Teils der Atmosphäre und des Wassers auf dem Mars übrigblieb, war die Wüstenoberfläche, die wir heute noch sehen (siehe Bild 6 und Bild 7). Bild 6: Bild von Global Surveyor aus der Gegend Medusae Fossae Bild 7: Sanddünen in der Hebes Chasma, fotografiert von Global Surveyor Seite 7

8 MITTEILUNGEN DER AVK NR. 48 HEFT 2/2001 Der Mars besitzt auch den größten bekannten Vulkan des Sonnensystems, den Olympus Mons, der in Bild 8 zu sehen ist. Es ist ein Schildvulkan mit einer Höhe von 24km und einem Durchmesser von 500km. In seiner Nähe stehen noch drei weitere nicht ganz so spektakuläre Schildvulkane. Bild 8: Der Schildvulkan Olympus Mons Die Marsoberfläche ist heute auf der einen Seite bestimmt von den Resten der landschaftsbildenden Vorgänge vor 3,5 bis 4 Milliarden Jahren und auf der anderen Seite von vielen Einschlagkratern, die diesen Gegenden ein Aussehen wie auf dem Mond verleihen. Dies sind ältere Formationen, die das Meteoritenbombardement noch zeigen, das vor ca. 3,9 Milliarden Jahren praktisch vorüber war. Die Sonden haben uns viel Wissen über den Mars gebracht, doch ein Rätsel konnten sie bisher nicht lösen: Gab es und gibt es vielleicht noch Reste von Leben, das sich in der Zeit vor ca. 4 Milliarden Jahren entwickelt hat? Der Mars hat auch zwei Monde, Phobos und Deimos, auf deutsch: Furcht und Schrecken, die standesgemäß den Kriegsgott umkreisen. Sie sind sehr klein, erscheinen von der Erde bei Oppositionen nur etwa in der 10. und 12. Größenklasse. Wegen ihrer Nähe zum hellen Mars sind sie meist nur in größeren Fernrohren zu erkennen. Wenn man aber weiss, wo sie stehen, sind sie während der Elongationen schon in Fernrohren bis etwa 15 cm herunter zu sehen. Seite 8

9 Bild 8: Die beiden Monde des Mars MITTEILUNGEN DER AVK NR. 48 HEFT 2/2001 Nun zur praktischen Beobachtung der diesjährigen und der nächsten Opposition des Mars. In der Tabelle 3 sind die Daten zusammengestellt. Der Mars wurde rückläufig, d.h. er begann die Oppositionsschleife am Am ist die Oppositionsstellung, d.h. er steht der Sonne genau gegenüber. Die Exzentrizität und die Neigung der Marsbahn führen jedoch zu merkwürdigen Verschiebungen der normalen Oppositionsverhältnisse. Seine größte Helligkeit erreicht Mars erst zwei Tage später am und dies ist auch nicht der Punkt der kleinsten Entfernung: die tritt erst am ein. Man kann dies in Tabelle 3 sehr schön erkennen, wie die Entfernung des Mars zur Sonne (R Mars ) um die Oppositionszeit, wenn die beiden Planeten eine zeitlang nahezu parallel laufen, noch stark abnimmt und gleichzeitig der Radiusvektor der Erde (R Erde ) noch leicht zunimmt. Aber warum ist dann die Helligkeit nicht auch am größten? Dies liegt am Phasenwinkel (letzte Spalte der Tabelle 3), der beim Mars immerhin knapp 50 erreichen kann. (Der Phasenwinkel ist der Winkel zwischen der Erde und dem Planeten gesehen von der Sonne aus. Er beschreibt die Beleuchtung der Scheibe des Planeten. Bei der Phase 0 und 180 sieht man die volle Scheibe bei einem äußeren Planeten, bei 90 ist die halbe Scheibe beleuchtet.) Dass der Phasenwinkel auch zur Opposition nicht Null ist, liegt an der Neigung von 1,85 der Marsbahn gegen die Ekliptik. Bei der geringsten Entfernung am ist er schon auf 7,8 angewachsen und erreicht am 12. Oktober, wenn Mars im Perihel steht, gar 46. Die günstigste Beobachtungszeit, wenn der Durchmesser des Marsscheibchens größer als 20" ist, ist von Anfang Juni bis Mitte Juli. Danach wird der Mars dann sehr schnell kleiner und am 12. Oktober, wenn er im Perihel steht, hat er nur noch knapp 10" Durchmesser. Aber 2003 steht uns ja eine noch bessere Opposition ins Haus, viel besser gehts gar nicht. Die Daten sind in Tabelle 4 zu sehen. Die Daten liegen hier wesentlich enger zusammen als 2001: Die geringste Entfernung tritt nur 32 Stunden vor der Opposition ein, die Entfernung hat sich bis dahin kaum geändert. Und 41 Stunden nach der Opposition geht der Mars durchs Perihel, man sieht, dass dies fast die optimalen Verhältnisse sind. Der Durchmesser des Marsscheibchens wird dann die maximale Größe von 25,1" erreichen. Seite 9

10 Tabelle 3: Daten zur Marsopposition 2001 MITTEILUNGEN DER AVK NR. 48 HEFT 2/2001 Marsopposition 2001 Datum Durchm. Hell. Abstand R Erde R Mars Phasenw. Mars wird rückläufig: ,91-1,4 0,5882 1, , , ,26-2,1 0,4859 1, , , ,39-2,1 0,4826 1, , , ,52-2,1 0,4795 1, , , ,27-2,3 0,4619 1, , , ,35-2,3 0,4600 1, , , ,42-2,3 0,4583 1, , ,7 Mars in Opposition: ,49-2,3 0,4567 1, , , ,56-2,4 0,4554 1, , ,3 Größte Helligkeit: ,61-2,4 0,4541 1, , , ,66-2,4 0,4531 1, , , ,70-2,4 0,4522 1, , , ,73-2,3 0,4515 1, , , ,76-2,3 0,4509 1, , , ,78-2,3 0,4505 1, , , ,79-2,3 0,4503 1, , ,9 Geringste Entfernung von der Erde: ,79-2,3 0,4502 1, , , ,79-2,3 0,4503 1, , , ,77-2,3 0,4506 1, , , ,37-2,1 0,4594 1, , ,9 Erde im Aphel: ,30-2,1 0,4611 1, , , ,22-2,1 0,4629 1, , , ,59-1,8 0,5036 1, , ,7 Mars im Perihel: ,94-0,2 0,9416 0, , ,3 Tabelle 4: Daten zur Marsopposition 2003 Marsopposition 2003 Datum Durchm. Hell. Abstand R Erde R Mars Phasenw ,10-2,9 0,3729 1, , ,5 Geringste Entfernung ( h): ,11-2,9 0,3728 1, , ,1 Mars in Opposition ( h): ,11-2,9 0,3728 1, , , ,10-2,9 0,3729 1, , ,8 Mars im Perihel ( h): ,08-2,9 0,3732 1, , , ,05-2,9 0,3737 1, , , ,01-2,9 0,3743 1, , , ,96-2,9 0,3750 1, , ,1 Seite 10

11 SOMMERFEST Wie schon in den vorausgegangenen Jahren können wir wieder die Gastfreundschaft Herrn Feuersteins und seiner Familie für das Fest in Anspruch nehmen. Dafür schon im voraus herzlichen Dank. Geplant sind natürlich wieder, sofern das Wetter mitspielt, Beobachtungen der immer noch aktiven Sonne mit den verschiedenen Instrumenten. Wenn die Nacht klar wird, ist dies auch gleich die beste Gelegenheit zur Beobachtung der diesjährigen Marsopposition. Wir haben deshalb keinen eigenen Beobachtungsabend vorgesehen. Sommerfest der AVK Samstag, den 28. Juli 2001 ab 17:00 Bei Familie Feuerstein in Rheinhausen-Oberhausen, Augustastr. 13 Mitfahrgelegenheit: um 16:00 Treffpunkt zur gemeinsamen Abfahrt in am Rathaus-West, Mühlburger Tor. Bitte nach Möglichkeit schon vorher Sitzplätze sondieren (Vereinsabend am 9.7.) Seite 11

12 MITTEILUNGEN DER AVK NR. 46 HEFT 2/2000 TERMINKALENDER VORTRÄGE UND VEREINSTREFFEN DATUM ZEIT ORT EREIGNIS :00 Naturkunde-Museum :00 Naturkunde-Museum J. Reichert und T. Reddmann: Die Marsopposition 2001 D. Henß: Konfessionelle Aspekte im Leben von Johannes Kepler :00 Oberhausen Sommerfest bei Hn. Feuerstein :00 Naturkunde-Museum :00 Naturkunde-Museum :00 Naturkunde-Museum :00 Naturkunde-Museum :00 Naturkunde-Museum H. Rastetter: Erste Erfahrungen mit dem neuen Fernrohr der AVK H. Füger: Die Sonnenfinsternis vom Juni 2001 Jahresmitgliederversammlung der AVK Dr. Käppeler: Die Entstehung der Elemente im Innern von Sternen Georg Henneges, Kraichgai Sternwarte: Das Zentrum unserer Milchstraße Neumond (2001): , , , 19.9., , , Vollmond (2001): , , , , , , , Neumond (2002): , , , , , Vollmond (2002): , , , , , VOLKSSTERNWARTEN Max-Planck-Gymnasium, Krokusweg 49, Tel Betreuergruppen Gruppe I: Hans u. Doris Jungbluth (Tel ), Ulrich Schmidt, Arne Bramigk Gruppe II: Jürgen Reichert (Tel ), Marion Reichert, Dietmar Henß Gruppe III: Thomas Reddmann (Tel ), Martin Füger, Rolf Kaiser Termine im 2. Halbjahr 2001 und 1. Halbjahr 2002: Dat I II III Diesterweg-Sternwarte Linkenheim-Hochstetten, Schulstr. Die Diesterweg-Sternwarte ist jeden 1. Dienstag im Monat bei klarer Sicht geöffnet. Seite 12