Überstrahlungseffekt beim Jupiter

[Christoph Gerber]

Überstrahlungseffekt beim Jupiter

Bei der Beobachtung von Gestirnen in unmittelbarer Umgebung von sehr hellen Planeten ist der Überstrahlungseffekt nicht zu vernachlässigen. Dies ist v.a. bei der Sichtbarkeit der Jupitermonde mit bloßem Auge zu berücksichtigen.
Meine erste Begegnung mit diesem Thema ergab sich aus der Sichtung von Jupiter III+IV, die ich in der Transit-Oppositionsnacht (5./6.1.2014) verschmolzen als ein Objekt neben Jupiter deutlich sehen konnte. Zwar entsprach die beobachtete Helligkeit genau der anhand von stellarium berechneten Helligkeit, aber ich hegte Zweifel, ob das die tatsächliche Helligkeit war. Immerhin war eine zusätzliche Erhellung aufgrund des transitbedingten Oppositionseffektes zu erwarten.

Später gelangen mir wiederholt Helligkeitsschätzungen der Jupitermonde mit dem Fernglas. Dabei zeigte sich, dass die Monde gegenüber der in stellarium angegebenen Helligkeiten konsistent 0.7 mag (bis 1.0 mag) schwächer waren.

Dies reicht jedoch noch nicht, die tatsächliche zusätzliche Helligkeit des Oppositionseffektes zu bestimmen – Fernglas und bloßes Auge können hier nicht einfach gleichgesetzt werden.

In den kommenden Wochen bieten sich nun zwei hervorragende Möglichkeiten, den Überstrahlungseffekt in unmittelberer Umgebung des Jupiters zu ermitteln (Daten aus stellarium).
Am 3. März zieht Jupiter in einem Abstand von nur 15' südlich an Sigma Leonis (+4.0 mag) vorbei. Dies ist immerhin ein halber (scheinbarer) Monddurchmesser. Wie hell resp. schwach erscheint dann Sigma? Eine noch viel bessere Gelegenheit ergibt sich Anfang April. Hinweisen möchte ich auch auf die enge Begegnung von Mars (+0.0) mit Beta Scorpii (+2.6) am 16.3. (Mars zieht 9' nördlich am Stern vorbei) – aber zu Beta fehlen geeignete Vergleichssterne. Zurück zu Jupiter.

Am 7. April zieht Jupiter nur 6' nördlich an Chi Leonis (+4.7 mag) vorbei. Dies entspricht in etwa der maximalen Entfernung von III Ganymed zu Jupiter. Das wird ein echter "Augenprüfer" werden und auch ein Test, wie eine Sichtung von Ganymed aussehen würde - immerhin ist der Stern etwa eine halbe Größenklasse heller. Jupiter kulminiert gegen 23:30 MEZ in einer Höhe von 48° (Daten für Heidelberg). Da am 7.4. Neumond ist, wird der Mond nicht stören. Zumindest die astronomischen Bedingungen für eine Beobachtung sind optimal.
Diese sehr enge Konjunktion kann zudem auch noch dazu genutzt werden, die scheinbare Größe des Jupiters zu ermitteln: durch die Überstrahlung erscheint er viel größer als er tatsächlich ist. Bei der Oppositions-Beobachtung in Januar 2014 bin ich auf einen "Durchmesser" von 3'–4' gekommen (tatsächlicher Wert: 0.75').

Am 9. Juni zieht Jupiter noch einmal an Chi Leo vorbei, diesmal 5' südlich. Allerdings sind die astronomischen Bedingungen dann erheblich ungünstiger: Da steht Jupiter bei Dunkelheitseinbruch schon recht tief über dem Westhorizont, und wenn die schmale Mondsichel untergeht, ist er gerade noch etwa 15° hoch.

Zur Schätzung der Helligkeiten füge ich eine Karte an (aus/nach stellarium). In dieser sind in Gelb die Katalog-Helligkeiten und die Farbe (B-V), jeweils ohne Punkt/Komma, auf 0.1 mag gerundet angegeben: 45 (10) bedeutet also +4.5 mag und B-V =1.0, und in Rot die um den Johnson-Faktor korrigierten Helligkeiten (auch ohne Punkt). Diese berücksichtigen die Farbe der Sterne, und nach meiner Erfahrung bilden diese Helligkeiten die visuelle Wahrnehmung (zumindest am mondlosen Himmel) viel besser ab. Jeder kann selbst überprüfen, wie er die Helligkeiten sieht: ob die Katalogwerte oder die korrigierten Werte besser "passen". Rückmeldungen hierzu sind willkommen!!!
Der hinzugefügte Kreis hat etwa 6° Durchmesser und entspricht in etwa dem Blickfeld eines Feldstechers. In den meisten Fällen wird es möglich sein, Jupiter/Stern sowie Vergleichstern gleichzeitig im Blickfeld zu haben, so dass auch Schätzungen mit dem Fernglas möglich sind. Wenn möglich, rate ich zu Doppelschätzungen (mit BA und mit Fernglas), um zusätzlich einen möglichen Unterschied zwischen beiden festzustellen: Im Fernglas dürfte der Effekt geringer sein als mit bloßem Auge!

Sofern das Wetter mitspielt, werde ich versuchen, o.g. Beobachtungen durchzuführen. Im Idealfall kann ich dann endlich den Helligkeitszuwachs durch den Oppositionseffekt beziffern. Andernfalls heißt es: weiter warten. Ich würde mich sehr freuen, wenn jemand unabhängige Ergebnisse beisteuern kann.

Jetzt bin ich gespannt, ob das Wetter mitspielt - und dann auf die Ergebnisse!

Viel Erfolg beim Beobachten!
Christoph

[Christoph Gerber]

15.03.2016 – Zwischenstand meiner Beobachtungen

Leider blieb der Vorbeizug des Jupiters an Sigma Leo am 3.3. aufgrund der Witterungsbedingungen für mich unbeobachtbar, so dass ich meine Beobachtungen erst am 9.3. beginnen konnte. Da es in den folgenden Nächten oftmals klar war, konnte ich den "Helligkeitsverlauf" von Sigma verfolgen, während sich Jupiter entfernte. Dabei stellte ich überrascht fest, dass die Helligkeit von Nacht zu Nacht noch anstieg. Die Normalhelligkeit wurde erst in einem Abstand von Jupiter von knapp unter 1.4° erreicht – so weit weg hätte ich den Effekt der Überstrahlung nicht vermutet.
Chi Leo zeigt sich noch unbeeinflusst; der Abstand zu Jupiter beträgt noch 2.7° (am 14./15.o3.) und schrumpft ständig. Spannend wird es sein herauszufinden, ab wann die Abschwächung von Chi zu bemerken ist.

Ich habe eine Karte mit genaueren Helligkeiten (0.01 mag) angefertigt und diese diesmal auch selber durch Beobachtungen abgeglichen. Dabei habe ich erneut festgestellt, dass die korrigierten Werte (rot dargestellt) die beobachteten Helligkeiten viel besser wiedergeben als die reinen V-Werte, die jedem Katalog zugrunde liegen (in gelb) – wobei ich nur die Helligkeitsabfolge bestimmt habe (also vom hellsten zum schwächsten Stern; die Sterne östlich und die südlich von Jupiter bildeten dabei jeweils unabhängige Sequenzen), und nicht die Helligkeiten der einzelnen Sterne geschätzt habe. Ausnahmen sind: 58 Leo etwa 0.5v heller (aber dieser Stern hat seine eigenen "Probleme"); p4 Leo ist etwa 0.25v heller (Doppelstern, aber hier spielt möglicherweise ein weiterer naher Stern von +7.3 mag eine Rolle, der die Gesamthelligkeit auf 5.53v erhöht, so dass vermutlich 75 Leo einige Hundertstel schwächer ist und nicht p4 zu hell; das passt auch gut zur Beobachtung, dass alle drei Sterne p4, 75 und 79 nahezu gleichhell erscheinen); auch Pi Vir erscheint mir etwa 0.15v heller zu sein, aber dies ist unabhängig von V/v).

Die Daten meiner Beobachtungen:
Datum UT Helligkeit Abstand zu Jupiter Bemerkungen
o9.o3.16 22:45 ≈ 4.35v 0.8° etwa gleichhell wie Ny Vir
11.o3.16 01:30 ≈ 4.30v 1.0° etwa gleichhell wie Omicron Vir
11.o3.16 23:35 ≈ 4.30v 1.1° etwa gleichhell wie Omicron Vir
13.o3.16 23:18 ≈ 4.00v 1.4° knapp heller als Iota Leo – vermutl. Normalhelligkeit erreicht !
14.o3.16 23:40 ≈ 4.00v 1.5° knapp heller als Iota Leo

Ich habe nun 5 Schätzungen aus 6 aufeinanderfolgenden Tagen – Zeit für ein erstes Zwischenergebnis, da der Mond in den folgenden zwei Wochen weitere Beobachtungen erschweren bzw. verhindern wird (der fast volle Mond wird am 21./22. März beim Jupiter stehen). Eine einfache Extrapolation aus den Schätzungen vom 9.+10.+13. zielt auf eine Helligkeit von 4.8v am 3. März. Diese extrapolierte Abschwächung um 0.8 mag entspräche ziemlich genau der mit 12x60 für die Jupitermonde festgestellten! Dies könnte darauf hindeuten, dass die Abschwächung nur von dem Abstand zum Jupiter und nicht vom Beobachtungsmittel (BA, Fernglas) abhängt – wobei das Beobachtungsmittel den Abstand vorgibt: so entspricht 1° mit freiem Auge etwa 6' mit 12x60. Das gilt es nun zu prüfen anhand von Chi Leo in den kommenden Wochen (ab etwa 26.3., wenn der Mond nicht mehr stört). Der Abstand Jupiter–chi Leo beträgt dann bereits 1.3° – das dürfte vermutl. auch die letzte Gelegenheit sein, die Helligkeit von Chi noch unbeeinflusst von Jupiter zu sehen. Der Neumond am 7.4., dem Tag der Konjunktion, liegt optimal, so dass sowohl die Annäherung des Jupiter als auch sein Entfernen von Chi im bestmöglichen mondlosen Zeitfenster liegen.

Ich würde mich sehr freuen, wenn jemand mitmachen würde und ebenfalls eine Beobachtungereihe mit Chi Leo durchführt, damit die Ergebnisse verglichen werden können (vorausgesetzt, das Wetter macht mit!!) – denn zu diesem Thema habe ich noch nie etwas gelesen, aber es scheint mir sehr spannend zu sein!

Christoph

Karte mit Vergleichshelligkeiten

[Christoph Gerber]

1./2. April 2016, Beobachtung 0:15–0:35 (MESZ)
Jupiter ist chi Leo bereits auf 0°36´nahegekommen und für mich fast nur noch mit indirekter Sicht mit bloßem Auge zu erkennen. Er zeigt sich mit +5.4v schon deutlich abgeschwächt (am 27./28.0 März war seine Helligkeit noch nicht beeinträchtigt). Überraschenderweise(?) fällt die Schätzung sowohl mit BA als auch mit 12x60 beide Male mit +5.4 aus, obwohl ich ganz verschiedene Vergleichspaare genutzt habe.
In den kommenden Tagen dürfte es sehr schwer werden, chi Leo mit bloßem Auge zu sehen.

Christoph

[Elmar Schmidt]

Hallo Christoph,

die Arbeiten (im Umfeld) von Bernd Gährken zum Oppositionseffekt der Jupitermonde kennst Du, ja?

http://www.astrode.de/1juoppo5.htm

Gruß, Elmar

[Christoph Gerber]

7./8.4.2016 – die Konjunktion

In der Nacht vom 6./7. konnte ich Jupiter in einer größeren Wolkenlücke beobachten. Es gelang mir trotz aller Bemühungen nicht, chi Leo freisichtig zu erkennen. Als ich dann zum Fernglas (12x60) griff, traute ich nicht so recht meinen Augen: Chi war mit BA nicht zu erkennen, da er unerwartet schwach erschien: Er war nicht nur deutlich schwächer als 56 Leo, sondern sogar schwächer als HIP 54863 (+6.0v) - also etwa +6.1! Das ist eine Abschwächung von 1.4 Größenklassen - weit mehr, als ich angenommen hatte. Ich konnte mit dieser Beobachtung, die so völlig aus dem Erwarteten herausfiel, zunächat nichts anfangen. Aber es blieb ja die Hoffnung auf die folgende Nacht (7./8.), die ja klar und wolkenlos werden sollte. Das war sie auch, und ich konnte die Schätzungen durchführen. Allerdings war das Ergebnis noch "katastrophaler": Chi stand südlich von Jupiter, aber etwas näher am Planeten als IV Callisto. Und er erschien mit 12x60 jetzt nur noch mit +6.9 mag. Das machte ihn 2.2 Größenklassen schwächer! Natürlich war er mit BA nicht auszumachen – es lag also nicht nur an meiner für diese Zwecke doch nicht mehr ganz scharfen Brille.

+6.9 mag? Das klingt ja so, als ob er viel schwächer als die Jupitermonde gewesen sei. Aber diese unterliegen ja demselben Effekt. Trotz eines Helligkeitsunterschiedes von 1.0 mag (III: 5.4, IV 6.4) erschien mir III nur unwesentlich heller als IV. Das mag an der Entfernung zum Jupiter gelegen haben, da III nur 1/3 des Abstandes von IV hatte (Abstände: III 3.1', IV 9.3') [Normalerweise achte ich – wenn ich mir die Jupitermonde anschaue–, weder auf die Helligkeitsunterschiede noch auf die scheinbare Helligkeit, so dass die Abschwächung in Jupiternähe nicht weiter auffällt]. Mond IV erschien mir diesmal etwa +7.7 hell zu sein, also ebenfalls deutlich schwächer als erwartet (+1.3 mag) - ich hatte mit +0.7 bis max. +1.0 gerechnet. Für Mond III ergibt sich sogar eine Abschwächung von etwa +2.2 mag!)

Ich konnte mir zunächst keinen Reim darauf machen, was hier passiert ist. Eine erste Vermutung ging in die Richtung, dass der Himmel doch mit einem gewissen Dunstschleier behaftet war, denn ich konnte einen ganz schwachen "Kranz" um Jupiter erkennen, so als ob er eine ganz schwache Kometen-Koma hätte. Dessen Radius betrug immerhin etwa 1/3 der Entfernung zu sigma Leo (4.2°), also rund 1.4°. Aber der Himmel war so klar, dass ich sowohl HIP 54863 (+5.8V/+6.0v, 2.3° von J entfernt) als auch 58 Leo (+5.9V/+6.2v, 2.6° von J entfernt) mit BA (indirekte Sicht) erkennen konnte. Und das von meinem Balkon aus – normalerweise ein Anzeichen für einen sehr klaren Himmel! Und diesen Eindruck hatte ich auch. Dann habe ich festgestellt, dass auch III Ganymed eine mit Chi Leo vergleichbare Abschwächung aufwies: offenbar ist der Effekt in großer Jupiternähe doch viel ausgeprägter, als ich angenommen hatte!
Jetzt werde ich erst einmal auf gutes Wetter in den kommenden Tagen hoffen, um den "Wiederanstieg" von chi Leo beobachten zu können – und dann bin ich auf die "Lichtkurve" gespannt! Die werde ich mit Bedacht erst nachträglich anfertigen, um die Beobachtungen unbeeinflusst zu machen...)

Die Schätzungen:
Objekt (Entfernung von Jupiter) Helligkeitsunterschied
54057 (24') +0.6 mag schwächer
54274 (23') +0.7 mag schwächer
IV (9') +1.3 mag schwächer
chi Leo (7') +2.2 mag schwächer
III (3') ca. +2.2 mag schwächer
--> generell läßt sich daraus ein dratisches Anwachsen der Abschwächung in unmittelbarer Jupiternähe erschließen.

Christoph

Jupiter und Chi Leo mit Vergleichssternen

[Christoph Gerber]

Vorläufiges Ergebnis

Komposit-Lichtkurve (s.Text)

Als vorläufiges Ergebnis zeige ich die erhaltene (zusammengesetzte) Lichtkurve:
In Blau sind die Schätzungen an chi Leo (+4.7 mag; Konjunktion 8.4.2016 um 0h UT, chi Leo 0°06' südl. Jupiter). Sie erstrecken sich vom 27.3.–14.4. (0h) zu beiden Seiten der Konjunktion. Chi konnte erst 4 Tage nach der Konjunktion wieder mit bloßem Auge gesichtet werden.
In Dunkelrot sind die Schätzungen an sigma Leo (+4.0 mag; Konjunktion 3.3.2016 um 13h UT, sigma Leo 0°14' nördl. Jupiter), die Beobachtungen erfolgten vom 10.–15.3. (0h), als Jupiter sich bereits entfernte. Beobachtungen mit bloßem Auge!
In Hellrot sind die Schätzungen an HIP 54047 (+7.5 mag; Konjunktion 12.4.2016 mit Bedeckung durch Jupiter von 15.5-18.5h UT). Die Beobachtungen erfolgten während der Annäherung vom 8.-12.4. (0h)

Ich habe alle Schätzungen in einer Kurve zusammengefasst, da die Abschwächung durch den Überstrahlungseffekt offenbar unabhängig von der Sternhelligkeit ist. Das Wetter hat gut "mitgespielt": die Tage um die Konjunktion mit chi Leo waren erfolgreich nutzbar, und durch die beiden anderen Sterne konnte eine fast komplette Lichtkurve erzielt werden. Lediglich zu Beginn der Abschwächung besteht eine Lücke von mehreren Tagen. Ansonsten wirkt die Lichtkurve recht kohärent – v.a. wenn die Schwierigkeiten berücksichtigt werden, mit der Schätzungen in unmittelbarer Nähe einer "blendenden Lichtquelle" verbunden sind! Auffällig ist die Assymetrie der Kurve mit einem steileren Abstieg und einem flacheren Anstieg. Dieses Phänomen ist mir auch von Auswertungen von Bedeckungsveränderlichen bekannt, wobei die Lichtkurve schön symmetrisch sein sollte. Was für Effekte sich dahinter verbergen, ist mir unbekannt. Erstaunlich finde ich, dass diese Assymetrie auch hier auftaucht.
Eine ausführliche Auswertung wird auch die Helligkeitsschätzungen der Jupitermonde enthalten. Was mir im Voraus noch nicht klar war, ist dass in unmittelbarer Jupiternähe der Effekt sehr ausgeprägt ist und sehr stark auf die Jupitermonde selbst wirkt. Demnach werden die Jupitermonde (im Fernglas 12x60 zumindest) unmittelbar vor dem Verschwinden in Jupiterrandnähe immerhin bis zu 2,5 mag abgeschwächt! Das erklärt auch zwanglos meine bisherigen Schätzungen an III und IV, die eine Abschwächung zwischen 0.7 und 1.2 mag ergaben – entscheidend scheint dabei der Abstand zu Jupiter zu sein. Bisher ging ich immer davon aus, dass ein Jupitermond bei Annäherung an den Planeten irgendwann unsichtbar wird, weil er mit dem Licht des Planeten verschmilzt (wohlgemerkt: bei der Beobachtung mit dem Fernglas!) - aber jetzt deutet sich die Möglichkeit an, dass er unsichtbar wird, weil er einfach immer schwächer wird.

@Elmar: Danke für den Hinweis. Wenn der Oppositionseffekt tatsächlich nur +0.3 mag betragen sollte, wäre er –im Fernglas zumindest– zu vernachlässigen: da ist die Abschwächung durch Annäherung an den Planeten bei weitem größer! Genaueres werde ich bei Gelegenheit ausarbeiten.

Christoph

[Elmar Schmidt]

Hallo Christoph,

mal wieder interessante Studien, die Du treibst. Wäre sicher was für einen Vortrag in der VdS.

Auch vom Vollmond kann ich die ca. -0,3 m Opp.effekt bestätigen. Sieht halt nach weniger aus als es ist. Linear werden daraus 10^(0,4*0,3) = 1,32 (+32%!).

Gruß, Elmar