Die Leoniden sind der einzige regelmäßig auftretene Meteorsturm. Deshalb war er in den letzten 2 Jahrhunderten Gegenstand intensiver Untersuchungen. Bei photographischen Parallaxenmessungen wurden Aufleuchthöhen von etwa 120 km ermittelt. Verglichen mit anderen Sternschnuppenströmen ist dies ein ungewöhnlich hoher Wert, der auf die ungewöhnlich hohe Eintrittsgeschwindigkeit der Schnuppen zurückzuführen ist. Mit 71 km pro Sekunde sind die Leoniden der schnellste bekannte Meteorstrom. Messungen mit durch Nachtsichtgeräte verstärkten Videokameras zeigten beim Meteorschauer von 1998 für einige Feuerkugeln ungewöhnlich lange Fallzeiten. Sie ließen vermuten, dass mit moderner Technik auch jenseits der 120km-Grenze Meteore nachgewiesen werden können. Der Beweis ist jedoch schwierig, da neben der geeigneten Technik auch noch ein Quäntchen Glück benötigt wird.
Im November 2002 bot sich zum letzten mal in diesem Jahrhundert die Chance einen Leonidensturm zu beobachten. Mit dem Eintreffen der Meteore wurde in der Nacht vom 18.11. auf den 19.11. zwischen 4:30 und 5:30 Uhr gerechnet. Die mittlerweile etablierte Dust-Trail-Theorie prognostizierte Fallraten von etwa 3000 Stück pro Stunde. Wegen des störenden Mondlichts sollten davon allerdings selbst bei sehr guten Bedingungen nur etwa 20% sichtbar sein. Doch auch 600 Schnuppen pro Stunde sind ein beeindruckendes Erlebnis! Leider ist die Wahrscheinlichkeit für einen klaren Himmel im November in Deutschland sehr gering. Aus diesem Grund bildeten sich auch dieses mal mehrere Gruppen, mit dem Ziel in den sonnigen Süden auszuweichen. Unsere Gruppe reiste zur iberischen Halbinsel, wo mit etwa 50%iger Sicherheit der Himmel frei sein sollte. Tatsächlich war Mitteleuropa die Nacht vom 18. auf den 19.11.2003 weitgehend bewölkt, während im Mittelmeerraum meist akzeptable Bedingungen herrschten.
Einige Wochen nach der Heimkehr aus Spanien war in der deutschen Planeten-Mailgroup ein erster Erfahrungsbericht von Bernd Brinkmann zu lesen. Er hatte die Leoniden etwa 50km nördlich von Alicante in Tarbena beobachtet. Vom Maximum hat er wegen der aufziehenden Bewölkung zwar nichts gesehen doch konnte er um 1:36 UT mit seinem 8 mm Fisheye-Objektiv eine sehr helle Feuerkugel fotografieren. Sie soll etwa -6 mag gehabt haben.
Fotos von Bernd Brinkmann mit einem 8 mm Peleng-Fisheyeobjektiv.
Fotos von Bernd Brinkmann mit einem 8 mm Peleng-Fisheyeobjektiv.
Zur gleichen Zeit wurde von unserer Expedition auf dem Calar Alto ebenfalls eine sehr helle Schnuppe gesichtet, die eine deutliche Rauchspur hinterlassen hat. Auf dem Calar Alto wurde zur Beobachtung eine für überwachungszwecke entwickelte, extrem empfindliche Mintron-Kamera verwendet. Sie verfügt über einen mit Mikrolinsen ausgerüsteten HAD-Chip der sich durch ein sehr gutes Signal zu Rauschverhältnis auszeichnet. Zudem ist die Mintron auch in den spektralen Randbereichen sehr leistungsfähig. Dadurch erhält sie auch Signale für die die klassische Fotografie eher unempfindlich ist. Ausgerüstet mit einem 6 mm 1:1,2 Videoobjektiv hatte die Kamera ein Gesichtsfeld das in etwa einer Kleinbildbrennweite von 28mm entspricht. Zufällig fiel die Feuerkugel genau durch das Bildfeld der Mintronkamera und konnte erfolgreich aufgezeichnet werden. Sie ist auf etwa 25 Aufnahmen zu erkennen. Die zeitliche Abgrenzung ist etwas schwierig, weil nach dem Fall noch eine mehrere Minuten sichtbare Rauchspur zurückgeblieben ist. Die Belichtungszeit der einzelnen Bilder lag bei 0,16 sec. Nach dem 18´ten Bild hatte die Feuerkugel allerdings ihre maximale Ausdehnung erreicht. Man kann daher von einer Mindestflugsauer von 18x0,16= 2,88 sec ausgehen.
Die kometare Bahn der Leonidenteilchen bedingt eine Eintrittsgeschwindigkeit von 71 km pro Sekunde. Bei einer Flugzeit von 2,88 sec wird eine Distanz von etwa 200 Kilometern zurückgelegt. Da die Endpunkte derartiger Feuerkugeln bei etwa 80 km liegen, lässt sich dies nur schwer mit der in der Literatur zu findenden Aufleuchthöhe von 120 km vereinbaren. Ein flacher Streifschuss durch die Erdatmosphäre kann für den Beobachtungszeitpunkt ausgeschlossen werden. Der Eintrittswinkel ist durch die Horizontdistanz des Radianten festgelegt und dieser Winkel lag um 1:36 UT schon bei 30 Grad! Plausibel wäre eine Abbremsung durch die Reibung in der Erdatmosphäre. Doch selbst dann wäre eine Flugdauer von 2,88 Sekunden sehr schwierig zu erklären.
Schon ein erster Blick auf die Aufnahmen zeigte, dass die Abbremsung keine große Rolle gespielt haben kann.
Ein Vergleich der Bilder aus Tarbena und vom Calar Alto zeigte sehr schnell, das es sich um eine Doppelaufnahme der gleichen Feuerkugel handelte. Somit bot die Parallelaufnahme aus Tarbena Gelegenheit über die Bestimmung der Parallaxe die Bahn des Boliden etwas genauer zu analysieren. Die Position in Tarbena war durch GPS bekannt, die Position des Calar Alto war auf der Homepage des Observatoriums nachzulesen. Die Entfernung zwischen den Beobachtungsorten lag bei 274 km. Der große Abstand nährte die Hoffnung auf eine sehr genaue Höhenbestimmung. Doch leider gab es einige Unsicherheitsfaktoren. Knackpunkt ist die genaue Bestimmung von Anfang und Ende der Leuchtspur am Himmel. Bei den Mintronbildern gab es wenig Probleme. Die Verzeichnung des Videoobjektivs ist gering und für die Ausmessung waren ausreichend Bezugssterne vorhanden. Bei der Tarbena-Aufnahme sah dies ganz anders aus. Das verwendete 8 mm Peleng-Fisheyeobjektiv besaß extreme Bildfehler und durch den Vollmond wurden sämtliche schwächeren Orientierungssterne überstrahlt. Hinzu kam, das der Fallzeitpunkt innerhalb der 8 minütigen Aufnahme zunächst nicht exakt bestimmt werden konnte, so das ein Zeitfehler von +-4 min akzeptiert werden musste. Im Umfeld der Meteorspur waren nur 3 hellere Sterne zu sehen. Sirius Procyon und Alphard der hellste Stern der Wasserschlange. Mit der Shareware ´Picture Window 2.5´ wurde versucht Karten-Overlays zu erstellen und die Bildfeldwölbung herauszurechnen. Es zeigte sich jedoch bald, dass 3 Orientierungssterne nicht ausreichen um die Verzeichnung des Objektivs genügend zu beschreiben. Bei genauer Inspektion des Originalnegativs konnte zum Glück unweit des Leuchtspurendes noch der Stern Rho Puppis identifiziert werden. Nun war es möglich die Lage des Endpunktes exakt genug zu ermitteln.
Die untere Spur zeigt den ersten aus der Tarbena-Aufnahme ermittelten Messwert. Die obere Spur repräsentiert die momentan verwendeten Daten.
Die Berechnungen zeigten, das die Feuerkugel in einer Höhe von 81,9 km verloschen sein muss. Es gibt zwar einen mehrere Kilometer breiten Fehlerbalken, doch der Wert passt sehr gut zu den Ergebnissen die wir bei ähnlichen Messungen während des Maximums von 2001 in China ermittelt haben. Während das Leuchtspur meist mit einem hellen Lichtblitz endet, ist der Meteorspurbeginn weit schwieriger zu fassen. Hier ergeben sich Probleme durch die unterschiedliche Empfindlichkeit der Aufnahmemedien. Mit den Start-Daten aus Tarbena gibt es keinen brauchbaren Schnittpunkt zu den Daten vom Calar Alto. Es finden sich allerdings mögliche Kombinationen wenn man die Tarbena-Bahn um mehr als 100% in Richtung des Radianten verlängert! Dies ist möglich weil der Leoniden-Radiant ist sehr spitz ist. Die Leoniden-Dusttrails sind noch sehr jung und wurden bislang kaum vom Sonnenwind erodiert. Dadurch hält sich der Fehlerbalken bei der Verlängerung in verantwortbaren Grenzen. Bei mehreren Modellrechnungen wurde kein möglicher Schnittpunkt unterhalb von 165 km und über 180 km gefunden. Als wahrscheinlichster Wert wurde 173,7 km ermittelt. Das Resultat war zunächst sehr überraschend. Doch im Internet fand sich jedoch eine Arbeit von Pavel Spurný et al. (1) mit dem Titel ´ New type of radiation of bright Leonid meteors above 130 km´ die am 9.3.2000 im Journal ´Meteoritics & Planetary Science´ erschienen ist.
Demnach konnte 1998 mit hochempfindlichen Videokameras bei 7 hellen Feuerkugeln eine Starthöhe von mehr als 130 km nachgewiesen werden.
Die Daten sind mit der üblichen Ablationstheorie nicht zu erklären. Die Ursache ist noch Gegenstand der aktuellen Forschung. Es wird ein elektromagnetischer Plasmaeffekt vermutet.
Spurný et al. ist bei ihren Arbeiten aufgefallen das die Boliden 2 Entwicklungsphasen durchlaufen. Zunächst ist auf den Aufnahmen nur ein kleiner, runder, diffuser Klecks zu erkennen. Ab einer bestimmten Grenze wandelt er sich zur Tropfenform und es folgt ein rasanter Helligkeitsanstieg.
Diese Differenzierung konnte auch auf unseren Bildern nachvollzogen werden.
Die ersten 8 Bilder der Feuerkugel.
Die Grenze liegt bei Bild Nummer 8. Die für dieses Foto errechnete Höhe liegt bei 130,3 km und deckt sich verblüffend gut mit den von Spurný et al. ermittelten Wert. Durch die Einzelbilder des Videostreams ergibt sich ein Shutter-Effekt, der es erlaubt die Geschwindigkeit zwischen den einzelnen Bahnpunkten abzuschätzen. Durch die mit dem extremen Helligkeitsanstieg einhergehende überstrahlung kann allerdings nicht jede Meteorposition ausgemessen werden. Für den Bereich zwischen Bild 1 und Bild 8 wurde eine Geschwindigkeit von 70,8 km errechnet. Für die restlichen 10 Bilder muss eine Mindestgeschwindigkeit von 61,7 km vermutet werden. Der ungebremste Flug am Bahnanfang ist ein gutes Indiz für die These, dass Reibung in den äußersten Atmosphärenschichten keine große Rolle gespielt haben kann und die Ablation erst unterhalb von 130 Höhenkilometern zum tragen kommt.
Die restlichen 10 Bilder der Feuerkugel.
Auch wenn die ermittelten Daten teilweise bis in die Nachkommastellen wunderbar zusammen passen, so sind sie doch mit etwas Vorsicht zu betrachten. Ein Fehler von etwa +-5% ist nicht ganz auszuschließen! Dies liegt vor allem an der recht großen Entfernung des Meteors von den beiden Beobachtungsstandorten. Die langen Arme der für die Trigonometrie verwendeten Dreiecke führen schon bei kleinen Winkeldifferenzen zu relativ großen Abweichungen im Ergebnis. Die Distanz von Tarbena zum Fußpunkt des Meteorendes lag bei 207 km, die Entfernung von Calar Alto zum Fußpunkt des Meteorendes bei 356 km. Für den Meteorstart wurden sogar die Werte 329 km und 523 km errechnet. Wenn man die Angaben zu den Fußpunkten auf einer Karte abzirkelt so zeigt sich, dass der Meteor nördlich von Algier gestartet sein muss und etwa auf halben Weg zwischen Cartagena und Algier mitten auf dem Mittelmeer verloschen ist.
Wenn man die Fallrichtung nach Westen verlängert trifft man zufällig exakt auf den Calar Alto. Dies deckt sich gut mit den Fotos. Denn wenn man auf den Mitronbildern vom Radiant aus über den Meteor eine Linie bildet und diese verlängert, so schneidet diese Achse den Horizont fast exakt im Osten. Durch diese einfache Prüfung lässt sich zeigen, dass die Berechnungen nicht weit von der Wahrheit entfernt sein können.
Overlay der Meteoraufnahmen mit einer Sternkarte. Das Bild vom Calar Alto wäre überstrahlt gewesen, deswegen wurde ein weißer Balken eingezeichnet.
Die direkte Flugrichtung auf den Calar Alto führte dazu, das beim Eintritt das Licht auf einer relativ kurzen Spur konzentriert wurde. Bei einer höheren Winkelgeschwindigkeit hätte die Mintron trotz ihrer hohen Empfindlichkeit vermutlich kein Signal oberhalb von 130 km nachweisen können. Es trafen also gleich mehrere glückliche Umstände zusammen.
Es ist schon verblüffend das man als Amateur mit einfacher Ausrüstung durch Zufall einen Beitrag zur aktuellen Forschung liefern kann. Leider wird es in den kommenden Jahren schwierig sein das seltsame Meteorleuchten jenseits der 130 km-Grenze genauer zu analysieren. Feuerkugeln sind sehr selten und ihr Fall nicht planbar. So konnte 1999 eine britisch-kanadische Expedition in Israel die Beobachtungen nicht bestätigen (2), während das Team um Pavel Spurny 1999 in Spanien und 2001 in den USA einige weitere Beispiele finden konnte (3). Mittlerweile ist es auch gelungen bei den Perseiden einen Meteor und bei den Eta-Aquariden zwei Meteore mit 150 km nachzuweisen. Die Rekordhöhen der Leoniden wurden jedoch nicht erreicht.
1.Pavel Spurny, Hans Betlem, Klaas Jobse, Pavel Koten, Jaap van't Leven:
New type of radiation of bright Leonid meteors above 130 km. Meteoritics & Planetary Science (2000)
leonid.arc.nasa.gov/leo00.pdf
2.Brown, P., Campbell, M.D., Hawkes, R.L., Theijsmeijer, C. and J. Jones., 2002.
Multi-Station electro-optical observations of the 1999 Leonid meteor storm, Planetary ad Space Science, 50, 45-55.
http://www.astro.uwo.ca/~pbrown/documents/pss-multi-station-leonids.pdf
3.Pavel Spurny, Meteors at very high altitudes - what we know new from our observations?
planetb.sci.isas.ac.jp/~avell/2002_Leonid_WS/abstracts/pspurny.html
4.Koten P., Spurny P., Borovicka J., Stork R.
Extreme beginning heights for non-Leonid meteors
In: Proccedings of the Meteoroids 2001 Conference. Swedish Inst. Space Phys., Kiruna. ESA SP-495, pp. 119--122 (2001)
http://www.irf.se/Meteoroids2001/program/Session1.html
Hier noch die Tabelle mit den von Jürgen Michelberger ermittelten Werten
| Beobachtungsort A | Calar Alto | ||||||||
| Beobachtungsort B | Tarbena | ||||||||
| Zeitzone (Beobachtungsorte) | 1 | (positiv = östlich) | |||||||
| Datum Meteor (Beobachtungsorte) | 19.11.2002 | Dienstag | |||||||
| Zeit Meteor (Beobachtungsorte) | 2:36:00 | ||||||||
| Datum / Zeit Meteor (UT) | 19.11.02 1:36 | Dienstag | |||||||
| Sternzeit in A | 5:17:17 | ||||||||
| Sternzeit in B | 5:27:15 | ||||||||
| Geografische Länge A [DEG] | -2,602 | (positiv = östlich) | |||||||
| Geografische Breite A [DEG] | 37,224 | ||||||||
| Höhe üNN A [m] | 1000 | ||||||||
| Geografische Länge B [DEG] | -0,108 | (positiv = östlich) | |||||||
| Geografische Breite B [DEG] | 38,711 | ||||||||
| Höhe üNN B [m] | 696 | ||||||||
| Erdradius [km] | 6370,018 | ||||||||
| Parallaxen-Basisstrecke (kürzeste Entfernung A <--> B) [km] | 274,089 | ||||||||
| Höhe von B über dem A-Horizont [DEG] | -1,296 | ||||||||
| Höhe von A über dem B-Horizont [DEG] | -1,169 | ||||||||
| Azimut von B von A aus beobachtet [DEG] | 52,136 | ||||||||
| Azimut von A von B aus beobachtet [DEG] | 233,671 | ||||||||
| Meteor Anfang | Meteor Bild 8 | Meteor Ende | ||||||||
| Rektaszension Meteor von A aus [DEG] | 159,410 | 160,310 | 161,850 | |||||||
| Deklination Meteor von A aus [DEG] | 13,080 | 11,450 | 8,610 | |||||||
| Rektaszension Meteor von B aus [DEG] | 137,170 | 132,310 | 122,340 | |||||||
| Deklination Meteor von B aus [DEG] | -0,620 | -7,160 | -19,670 | |||||||
| Parallaxenwinkel der Meteorbeobachtungen [DEG] | 25,961 | 33,500 | 48,094 | |||||||
| Azimut Meteor von A aus [DEG] | 85,305 | 86,145 | 87,579 | |||||||
| Horizonthöhe Meteor von A aus [DEG] | 15,687 | 14,022 | 11,123 | |||||||
| Azimut Meteor von B aus [DEG] | 113,864 | 122,726 | 139,256 | |||||||
| Horizonthöhe Meteor von B aus [DEG] | 25,899 | 24,492 | 20,365 | |||||||
| Direkte (kürzeste) Entfernung A ---> Meteor [km] | 557,2 | 468,1 | 367,1 | |||||||
| Direkte (kürzeste) Entfernung B ---> Meteor [km] | 376,0 | 298,9 | 223,5 | |||||||
| Entfernung A ---> Fußpunkt des Meteors [km] | 522,8 | 445,4 | 355,8 | |||||||
| Entfernung B ---> Fußpunkt des Meteors [km] | 329,4 | 266,6 | 206,9 | |||||||
| Meteorhöhe am Fußpunkt üNN [km] | 173,7 | 130,3 | 81,9 | |||||||
| Geografische Breite des Meteorfußpunkts | 37,462 | 37,387 | 37,291 | |||||||
| Geografische Länge des Meteorfußpunkts | 3,306 | 2,431 | 1,418 | |||||||
| Strecke über der Erdoberfläche, die der Meteor überstreicht [km] | 167,9 | ("gebogen" entlang der Erdoberfläche) | |||||||
| Bahnlänge des Meteors in der Atmosphäre [km] | 194,3 | ||||||||
| Aufleuchtdauer bei einer angenommenen Geschwindigkeit von 71 km/s [s] | 2,736 | ----------------> | Real: 17,5 Frames mit je 0,16 s | 2,8 | s | Mitte Bild X_EXPO4059 bis Ende ...76 | |||
| ---> Geschwindigkeit | 69,3864588 | km/s | |||||||
| Strecke über der Erdoberfläche, die der Meteor (Anfang bis Mitte) überstreicht [km] | 77,7 | ||||||||
| Bahnlänge des Meteors (Anfang bis Mitte) in der Atmosphäre [km] | 90,6 | ||||||||
| Aufleuchtdauer bei einer angenommenen Geschwindigkeit von 71 km/s [s] | 1,276 | ----------------> | Real: 8 Frames mit je 0,16 s | 1,28 | s | Mitte Bild X_EXPO4059 bis Mitte ...67 | |||
| ---> Geschwindigkeit | 70,8004014 | km/s | |||||||
| Strecke über der Erdoberfläche, die der Meteor (Mitte bis Ende) überstreicht [km] | 90,1 | ||||||||
| Bahnlänge des Meteors (Mitte bis Ende) in der Atmosphäre [km] | 103,7 | ||||||||
| Aufleuchtdauer bei einer angenommenen Geschwindigkeit von 71 km/s [s] | 1,460 | ----------------> | Real: 9,5 Frames mit je 0,16 s | 1,52 | s | Mitte Bild X_EXPO4067 bis Ende ...76 | |||
| ---> Geschwindigkeit | 68,1957708 | km/s | |||||||
| Scheinbare Bahnlänge des Meteors am Himmel von A [DEG] | 5,07 | oder | |||||||
| Scheinbare Bahnlänge des Meteors am Himmel von B [DEG] | 23,95 | Real: 10,5 Frames mit je 0,16 s | 1,68 | s | Mitte Bild X_EXPO4067 bis Ende ...77 | ||||
| Eintrittswinkel über Bahnanfangspunkt (Fußpunkt C) | 28,95 | ---> Geschwindigkeit | 61,7009355 | km/s | |||||
| Eintrittswinkel über Bahnendpunkt (Fußpunkt D) | 27,44 | ||||||||
| Anmerkung: Es ist nicht klar, ob der 2. Teil der Flugbahn in Bild ...76 oder ...77 endet. Die Koordinaten | |||||||||
| wurden aus Bild ...77 ermittelt, es könnte jedoch sein, dass diese Position bereits in Bild | |||||||||
| Die Meteorspuren von A und B treffen nach hinten verlängert jeweils den Radianten mit den Koordinaten: | |||||||||
| Rektaszension [DEG] | 154,50 | ||||||||
| Deklination [DEG] | 21,50 | ||||||||
Diese Grafik verdeutlicht die Lage der in Jürgen Michelbergers Tabelle genannten Bezugspunkte.
(Durch Anklicken kann eine vergrößerte Version geladen werden).
