Photometrie der Marsopposition 2024/25

[Elmar Schmidt]

Hallo,

hier mal ein Werkstattblick zu meiner bisherigen Photometrie der Marsopposition dieses Winters. Links sind die scheinbaren Helligkeiten zeitlich aufgetragen, welche dieser Tage bei -1,44 mag peakten (Ephemeride -1,38 mag). Rechts die sog. absoluten Helligkeiten (zu denen Mars künstlich in jeweils 1 AE Sonnen- und Erdabstand gerückt wird) über dem Phasenwinkel (das ist der Winkelabstand zw. Sonne und Erde, vom Mars aus gesehen).



Auch in dieser Opposition scheint Mars mit -0,05 mag etwas heller als im Nautical Almanac bzw. zur Phasenhelligkeit von Mallama. Auf Null Grad Phase extrapoliert ergeben meine Messungen -1,65 mag (Mallama -1,60 mag). Allerdings ist der Unterschied in dieser Opposition geringer als in den drei vorhergehenden und auch wegen des Clusterings der durch lange Hochnebelphasen im November und Dezember eingeschränkten Meßreihe noch nicht signifikant.

Hier wären nun synoptische Beiträge der Planetenfotografen hilfreich, speziell zu der exzessiven Helligkeit um die Weihnachtstage. Mars ist ja ein Wetterplanet, und zwar nicht nur infolge seiner Achsneigung von über 25 Grad, sondern wegen seiner ziemlich exzentrischen Bahn, längs der er im Moment fast im Aphel steht und 30% weniger Sonneneinstrahlung erhält als im Perihel. Wenn ich die Residuen der gemessenen Phasenhelligkeit über dem Zentralmeridian auftrage sehe ich grob, daß sie bei ugf. 300 Grad am meisten ins Dunkle gehen, was ugf. mit den Albedokarten übereinstimmt.

Wegen der Oppositionschleife ist Mars übrigens schon vor der Opposition eine Weile "abnehmend" und umgekehrt. Das nehme ich aber nicht zum Anlaß, dem Phasenwinkel wie beim Mond ein Vorzeichen zu geben; denn die Rotation zeigt uns stets andere Hemisphären des roten Planeten.

Zum Abschluß noch ein stimmungsvolles Bild aus der Vollmondnacht am 13.1.2025, auf dem Mars etwas unterhalb des gerade aufgegangenen und von einer Korona umgebenen Mondes stand:



Das Foto wurde von einem Freund (Hans-Martin Jung) mit Handy (Samsung Galaxy S24 plus) in Braunfels, Lahn-Dill-Kreis, aufgenommen

Viele Grüße

Elmar

[Jan Hattenbach]

Hallo Elmar,

deine Arbeit verfolge ich mit Interesse!

Hier wären nun synoptische Beiträge der Planetenfotografen hilfreich, speziell zu der exzessiven Helligkeit um die Weihnachtstage.

Im Forum von astronomie.de dumpen diverse Planetenfotografen schon seit Monaten ihr Material. Ob die Bilder, meist gemacht mit dem Ziel möglichst detaillierter Darstellung, für dich auswertbar sind, kann ich natürlich nicht sagen.

cs,
Jan

[Elmar Schmidt]

Hallo Jan,

danke! Das Problem bei Planetenfotos der Amateure ist, daß sie durch das Nachbearbeiten und Stacken nicht mehr gut photometrisch auszuwerten sind. Mir würde schon reichen, wenn die Spezialisten selber im Sinne einer Timeline mehr auf Phänomene wie Staubstürme, Eiswolken oder -kappen eingehen könnten. Was ich mir allein klarmachen kann, ist der aus der Achsenstellung hervorgehende Zusammenhang zwischen Bahnposition und Jahreszeiten der uns jeweils zugewandten Marshemisphäre.

Gruß, Elmar

[Wolfgang Vollmann]

Hallo Elmar,

ein spannendes Projekt! Ich versuche etwas Ähnliches und photometriere mit DSLR und Objektiv 1:2,8 f=28mm (bin ein Veränderlichenbeobachter). Als Vergleichsstern ist in dieser Opposition Pollux ideal, da der Farbunterschied in B-V klein ist und Mars meistens halbwegs in der Nähe steht. Wie bei solchen Weitfeldaufnahmen erforderlich bringe ich für den Vergleich Pollux-Mars die unterschiedliche Extinktion in verschiedenen Höhen an. Als Prüfstern verwende ich Kastor, da habe ich eine Standardabweichung meiner bisherigen Beobachtungen von 0,025mag, genauer dürfte das Verfahren nicht sein.

Auf dem Diagramm ist jede Beobachtung ein blauer Punkt, gemittelt aus 10 Einzelfotos und gemessen mit Muniwin. Die rote Kurve ist die berechnete Helligkeit nach der JPL Horizons Ephemeride (https://ssd.jpl.nasa.gov/horizons/), die einen idealisierten Rotationslichtwechsel des Mars zeigt. Meine Beobachtungen sind öfters durch Schlechtwetter lückenhaft, aber stimmen normalerweise recht gut damit überein, vielleicht ist auch schon der Rotationslichtwechsel des Mars angedeutet.

Jetzt nach der Opposition hoffe ich auf öfters schönes Wetter um die Beobachtungen fortzusetzen.

Viele Grüße
Wolfgang Vollmann

[Elmar Schmidt]

Hallo Wolfgang,

schöne Daten hast Du da erarbeitet, und sie sind angesichts der solchen Messungen innewohnenden Ungenauigkeiten mit den meinen ziemlich konsistent. Schade, daß Dir die Oppositionstage entgangen sind. Da bekam ich Helligkeiten zw. -1,46 und -1,51 mag.

Die Referenzierung auf Pollux ist mir nicht möglich, da der an der unteren Empfindlichkeitsgrenze meines Leuchtdichtemeßgeräts liegt. Zu bedenken gegeben sei hier der große Helligkeitsabstand zu Mars, der über Deiner Serie im Faktor 3 bis 11 ausmacht. Ich sichere mich über Jupiter (früher auch Saturn und jetzt Venus) und hellere Sterne wie Sirius, Rigel, Procyon und Aldebaran ab, die ich im Mittel auf unter +/-0,05 mag genau treffe. Zur Untersuchung möglicher Farbeinflüsse werde ich mir im Frühjahr des öfteren noch Arcturus vornehmen.

Danke für den Hinweis auf die Horizons-Helligkeiten. Ich vergleiche meine Messungen immer nur mit den Tagesmitteln in https://www.sky-calc.com und trage dann die Abweichungen über Zentralmeridian auf (wird aber beides nicht in meinem Eintrag gezeigt), wo sich dann erwartungsgemäß die etwas dunkleren Werte bei ZM = 300 Grad zeigen. Werde nach der Saison vielleicht mal die Horizons-Daten zum Vergleich heranziehen, auch wenn immer noch die Achsenstellung und Saisonalität mit den jeweiligen Polkappen sowie Wolken und Staubstürmen zur Marshelligkeit beitragen.

Viele Grüße

Elmar

[Elmar Schmidt]

Hallo,

da Mars nun am Dämmerungsende zusehends niedriger steht und sich der unteren Grenze meines Leuchtdichtemeßgeräts bei +1,5 mag nähert, werden die vielleicht noch hinzutretenden Meßpunkte am Auslauf seiner scheinbaren Helligkeit in der zurückliegenden Opposition nicht mehr viel ändern [es wurden nun sieben nachgetragen, und so ist es]:



Der teilweise durch gestrichelte Sichtlinien nachgezeichnete Verlauf entspricht dem erwarteten, war aber im Vergleich zur vorausgehenden Opposition 2022/23 unruhiger. Nun gibt es wegen der topographisch variierenden Albedo zwar Helligkeitsänderungen je nach Zentralmeridian von +/-0,1 mag (die ich auch in den Residuen sehe), was sich aber bei über 100 Messungen mit Blick auf alle möglichen areographischen Längen ausmitteln sollte. Hinzu treten allerdings noch Wettereffekte durch Wolken, Staubstürme sowie die Variation der Polkappen, welche tendenziell allesamt die Helligkeit des roten Planeten erhöhen. Hier wären systematische Planetenfotografen gefragt. Was ich auf die Schnelle mit Fotos aus dem Netz verstehen konnte, ist der vermeintliche "Helligkeitsausbruch" nach den Weihnachtstagen im Dezember 2024, der mit ausgedehnten nord- und südpolaren Wolkenschleiern einherzugehen schien.

Obwohl ich nur bei qualitativ "sehr guten" Bedingungen messe, gibt es drittens natürlich immer noch Resteinflüsse von der terrestrisch-atmosphärischen Transparenz. Die Extinktion infolge unterschiedlicher Luftmassen längs des Sehstrahls berücksichtige ich mit einem über die Jahre gewachsenen Modell, in dem sich an den Planeten Saturn, Jupiter und Venus sowie an einem dutzend heller und verschiedenfarbiger Sterne zwischen Sirius und Regulus in über 500(!) Messungen gezeigt hat, daß die so korrigierten Werte nur noch um +(0,01-0,02) mag von deren Referenzhelligkeiten abweichen. Das gibt mir Vertrauen, daß auch meine Marsmessungen im Mittel keinen größeren systematischen Fehler enthalten.

Um die intrinsische Helligkeit von Mars zu charakterisieren, verrückt man ihn (wie auch für Kometen) künstlich auf jeweils 1 AE (Astronom. Einheit) Sonnen- und Erdabstand und trägt die Ergebnisse über dem Phasenwinkel auf. Das ist der Winkel, unter dem Sonne und Erde, vom Mars aus gesehen, getrennt sind. In einer exakten Oppositionsstellung beträgt er 0 Grad, und da die Marsbahn außerhalb der Erdbahn verläuft, nimmt der Phasenwinkel nur Werte von maximal 46 Grad an. Dem entspricht ein beleuchteter Marsanteil von knapp 85 Grad; weniger "dickbackig" wird der rote Planet nicht.

Das folgende Schaubild zeigt also den Phasen- oder Oppositionseffekt des Mars in den vier letzten Oppositionen, natürlich mit allen oben diskutierten Streuanteilen. Ein Fit durch die Punktwolke ergibt nun eine fast parallele, aber hochsignifikante Abweichung zu den Daten aus Mallamas Arbeit von 2007, mit denen vermutlich die (scheinbaren) Ephemeridenhelligkeiten des Mars berechnet werden.



Die Statistik der 269 Meßpunkte besagt, daß der Mars seit 2018 im Schnitt -(0,082 +/- 0,006) mag heller war, als man ihn gelistet findet. Das sind linear (7,8 +/- 0,6)%. Auf die Nullphase einer exakten Marsopposition extrapoliert, "bin ich" mit -1,70 mag sogar um -0,10 mag heller als Mallamas -1,60 mag.

Das möchte ich mit allem Verlaub für sensationell halten, betrifft der Lineareffekt doch in gleichem Maß die Albedo (das Reflexionsvermögen) unseres Nachbarplaneten sowie letztlich auch dessen Klima mit evtl. Rückwirkungen auf das, was man über das irdische zu wissen glaubt.

Viele Grüße

Elmar

[Wolfgang Vollmann]

Hallo Elmar,

das ist eine großartige Beobachtungsreihe und Auswertung mit einem sehr interessanten Ergebnis!
Meine DSLR Beobachtungen warten noch auf die Auswertung, sind aber vermutlich weniger genau.

Zum deutlichen Versatz Deiner Helligkeiten gegenüber denen im Artikel von Mallama ist mir noch eingefallen: kann es sein, daß der Versatz durch unterschiedliche Farbempfindlichkeit Deines Detektors gegenüber den von Mallama verwendeten Helligkeiten (Johnson V?) bedingt ist?
Bei der DSLR ist dieser Effekt deutlich meßbar, da auch die Grünhelligkeiten der handelsüblichen Kameras einen deutlichen Versatz zu Johnson V haben, z.B. im AAVSO DSLR Manual behandelt (siehe https://www.aavso.org/dslr-camera-photometry-guide)

Viele Grüße
Wolfgang

[Elmar Schmidt]

Hallo Wolfgang,

danke für Dein Lob. An Farbeinfüsse habe ich natürlich auch gedacht. Mein Gerät hat einen Vlambda-Filter, der im Vergleich zu Johnson V am blauen Ende weniger steil ausläuft und dessen Rotflanke im ganzen leicht oberhalb liegt. Die Peaks sind bei 550 nm (Vlambda) bzw. 525 nm (Johnson V); vgl.

https://www.researchgate.net/figure/Spe ... _358162478

Mars hat nun einen Farbindex B-V von 1,43 (der sicher noch je nach ZM und Wettersituation oder Saison variabel ist). In meinen Kontrollmessungen an ebenfalls mehr oder weniger rötlichen Objekten wie Saturn (FI 1,09), Arcturus (1,23), Aldebaran (1,54) und Beteigeuze (2,11) zeigen sich keine Abweichungen. Man muß bedenken, daß sich Profiastronomen heute kaum noch mit so hellen Objekten befassen, und viele der frühen Referenzmessungen mit weniger definierten Filter-Photomultiplier-Kombinationen gemacht wurden, als sie uns heute mit den Halbleiterdetektoren zur Verfügung stehen. Und nicht zuletzt konnte man um den Oppositionszeitpunkt visuell feststellen, daß Mars auch in nur wenig größerer Höhe deutlich heller war als Sirius.

Hiermit zwar unzusammenhängend: Mallama liegt mit seiner Vorhersage von Minimumshelligkeiten von Totalen Mondfinsternissen noch viel deutlicher abseits von den Messungen. Über die kleine Diskrepanz bei Mars schrieb ich ihn an, ohne eine Antwort zu erhalten. Mehr kann ich da nun auch nicht machen.

Bin dann mal auf Deine Messungen gespannt. Der Kamera G-Sensor peakt zwischen Vlambda und V und ist schmalbandiger. Korrigierst Du das irgendwie?

Gruß, Elmar

[Wolfgang Vollmann]

Hallo Elmar,

für die Reduktion der DSLR Grünhelligkeiten auf Johnson V kann das Spreadsheet von Mark Blackford dienen:
Spreadsheet: https://www.aavso.org/sites/default/fil ... _V2.6.xlsx
Anleitung: https://www.aavso.org/sites/default/fil ... _V2.6.docx
Das Verfahren klappt für alle Filterversionen, nicht nur für die DSLR.

Für Mars+Pollux habe ich zu wenige Vergleichssterne mit unterschiedlichem Farbindex. Ich muß ja ziemlich unscharf stellen um nicht überzubelichten/zu sättigen.

In einem Feld in Cygnus habe ich meine DSLR Canon 600D geeicht: für 1,00mag Unterschied im Farbindex B-V muß ich die Grünhelligkeit um 0,11mag korrigieren. Bei Pollux mit B-V +1,00mag und Mars mit +1,43mag muß ich also die Grünhelligkeit von Mars um 0,43*0,11mag = 0,05mag verringern, da die Kamera rote Objekte schwächer "sieht" als Johnson V.

Die Auswertung meiner Messungen dauert wohl noch ein wenig, bin gerade in Urlaubsvorbereitungen.

Viele Grüße
Wolfgang

[Elmar Schmidt]

Hallo Wolfgang,

inzwischen habe ich mir mit Christoph Gerbers Hilfe auch die letzten sieben Monate der Helligkeiten von Beteigeuze aus den AAVSO-Daten beschafft und verfüge nun für insgesamt 73 Tage seit August 2020 über einen Vergleich mit meinen Messungen.

Die Statistik besagt nun: meine Abweichungen im Helligkeitsbereich Beteigeuzes von +0,8 bis +0,3 mag im besagten Zeitraum betrugen mit dem - angesichts des Datenumfangs angebrachten - Standardschätzfehler im Mittel -(0,015 +/- 0,016) mag. Das heißt, ich habe Beteigeuze nur zwischen null und max. drei Hundertstel(!) Größenklassen zu hell gemessen. Und das mit ihrem viel höheren Farbindex als Mars. Dessen Abweichung von - 0,08 mag aus 262 Messungen in Konsistenz über seinen gesamten Helligkeitsumfang von scheinbar +1 bis -3 mag halte ich von daher vorerst für gegeben.

Bei Gelegenheit exzerpiere ich noch die Messungen von Capella (FI 0,80), Arcturus (1,23) und Aldebaran (1,54), um die Verhältnisse bei Farbindizes nahe dem des Mars zu untersuchen.

Gruß, Elmar

[Wolfgang Vollmann]

Hallo Elmar,

ich hab noch eine Auswertungsrunde bis Ende Feb.2025 gemacht, der Rest muß bis nach dem Urlaub warten. Jeder Meßpunkt ist der Mittelwert aus 10 Einzelfotos, die Grünbilder mit Muniwin gemessen und mit dem geschilderten Verfahren auf Johnson V transformiert und extinktionskorrigiert. Hinterlegt ist als rote Linie wieder die JPL Horizons Ephemeride. Zwischen Jan.22 und Feb.24 konnte ich öfters beobachten, dazu ein eigenes Diagramm. Die Differenzen zur Ephemeride und die mögliche Feststellung des Rotationslichtwechsels muß ich mir noch genauer anschauen.

Ich kann Dir die Meßwerte gerne zusenden wenn Du sie mit Deinen vergleichen willst.

Ich bin ab 3.Jun. wieder da.

Viele Grüße
Wolfgang

[Elmar Schmidt]

Hallo,

ich habe die letzten sieben Marsmessungen 2025 in den oben eingestellten Bildern ergänzt, wodurch sich aber nichts mehr am Gesamtbild änderte, da der schwächer leuchtende Mars zum in der Dämmerung gerade noch meßbaren Oppositionsende praktisch stationär beim Phasenwinkel 36 Grad "herumhing":

viewtopic.php?f=1&t=62638#p249838

Inzwischen habe ich meine Daten mit denen von Wolfgang Vollmann ausgetauscht und über dem Julianischen Datum zusammenkopiert. Mit seiner Genehmigung stelle ich das mal ein (in blau sind meine Daten gezeigt, für die ich vor der Opposition "hohle" Rauten und danach ausgefüllte wählte, ohne daß sich an meiner Meßtechnik etwas geändert hat; Wolfgangs Messungen sind die orangefarbigen Kreise):



Eingedenk der Schwierigkeiten solcher Messungen ist das doch sehr konsistent. Über die geringe Differenz von 0,1 bis 0,2 mag werden wir nachdenken, die jeweilige Kalibration überprüfen und dazu im Kontakt bleiben.

Gruß, Elmar

[Wolfgang Vollmann]

Am 17.Jun.2025 gab es eine gute Gelegenheit Mars 3/4 Grad nördlich von Regulus zu vergleichen.
Mit freiem Auge erschien Mars gerade eben wahrnehmbar heller als Regulus (1,40mag V), also 1,3mag hell.
Auf 4 Fotos mit der Digitalkamera konnte ich die die Helligkeit messen und erhielt 1,39mag V für Mars, also praktisch gleichhell mit Regulus, 22:08 MESZ.

Erst einen Abend später, am 18.Jun. gelang mir ein Foto, das den wunderschönen Farbkontrast der beiden annähernd so zeigt wie im Fernglas 10x50. Dabei waren Wolkenschleier sehr behilflich! 22:38 MESZ, Canon 77D, Teleobjektiv f=135mm.

[Elmar Schmidt]

Lieber Wolfgang,

schöne Daten und Foto. Ich messe nicht mehr, weil es in der Dämmerung zu viel Untergrund gibt.

Für Sternhelligkeiten verwende ich den Arizona-Tonantzintla-Katalog. Der gibt für Regulus im V 1,35 mag an. Mars sollte am 17.6. laut https://www.sky-calc.com/ 1,41 mag gehabt haben.

Herzliche Grüße

Elmar