Mars 2020/21 - Planungshilfe

[Elmar Schmidt]

Hallo,

da ich demnächst meine Phasenhelligkeitsmessungen der 2018er-Marsopposition fortsetzen möchte, habe ich mir eine kleine Planungshilfe zusammengestellt, natürlich für meinen Wohnort, aber in etwa auch für ganz Mitteleuropa gültig.

Die Planetariumsdaten kommen aus EasySky, die Phasenwinkel von der CalSky-Webseite. Luftmasse und Extinktion sind eigene Berechnungen anhand von Quellen meiner Mondphotometrie.

Die empfohlenen Beobachtungszeiten erachte ich als die bestmöglich geeigneten zum Photometrieren. Sie wechseln von Beginn oder Ende der nautischen bzw. astronomischen Dämmerung am Rand der Sichtbarkeitsperiode zu den Transitzeiten nahe der Opposition im Oktober. Momentan "kämpft" Mars frühmorgens noch bei niedriger Höhe mit der Dämmerung; die Situation verbessert sich aber ab Juni zusehends.

Hier dann die Tabelle, die evtl. auch den Fernrohrbeobachtern und Detailfotografen nützlich sein kann.



Mars läuft 2020 deutlich näher am Oppositionspunkt der Erde vorbei, weil er sich bei der diesjährigen Opposition in 24 Grad ekliptikaler Länge befindet, im Sternbild Fische, und damit näher zu seinem Bahnknoten im Widder bei ugf. 50 Grad e.L., so daß kleinere Phasenwinkel erreicht werden und der Oppositionseffekt stärker sein sollte als vor knapp zwei Jahren.

Gruß, Elmar

[Elmar Schmidt]

Hallo Planetenbeobachter,

Mars verdient es, mal wieder nach vorne gebracht zu werden, ist er doch inzwischen heller als -2 m und größer als 20". Habe die vorhergehende Tabelle nochmals um den Oppositionszeitpunkt 14. Oktober ergänzt, der nicht mit der größten Erdnähe am 6.10. zusammenfällt.

Dort geht der Phasenwinkel auf 2,1 Grad herunter, und das ist ja mein Meßinteresse.

Gruß, Elmar

[OlafS]

Hallo Elmar,
der gefragte Fotograf in Sachen Mars bin ich sicher nicht. Doch freue ich mich über mein Minimalergebnis der letzten Nacht.
Vor wenigen Nächten fing ich an, mich mit dem Mars fotografisch zu beschäftigen (nach Jahrzehnten!).
So gibt es noch viel zu lernen und zu verbessern. Speziell das Stackingverfahren...
Aber ich möchte auch alle ermuntern die nächsten Wochen in Sachen Mars zu nutzen!
Die Polkappe ist schon recht klein aber markant und dunklere Gebiete kommen je nach Rotation ganz gut hervor.

Bildanhang / Ausschnitt ist 50 % verkleinert, nachgeschärft, aus 8 Einzelaufnahmen gemittelt bei ISO 400 und bei eher langen Bel.-Zeiten von 1/4 - 1/8tel".
125 mm Refraktor, f 800 mm + f Ok 13 mm, Verlängerungsringe, Baader Neodymiumfilter, Sony Alpha 7s

Gruß, Olaf

[Anette Aslan]

Hallo Elmar,
habe mich trotz cirrenverhangenem Himmel wegen Deiner Vorschläge in der obigen Tabelle mit meinem 5" Teleskop an Mars herangemacht und schon im Niedrinvergrösserungsbereich bei 33 fach bemerkt, dass das Seeing ausserordentlich gewesen sein muss. Aber tagsüber milchiger Himmel, verdichtende Cirren und KS sind auch erheblich mehr geworden. Da Mars durchs leichte Gewölk stach, wurde ich neugierig. Habe dann auf 180 fach aufgedreht und war sehr erstaunt, so viele Details und Strukturen erkennen zu können, solch eine Ansicht habe ich noch niemals an Mars all die Jahre erleben können. Habe mal meine Planetenkamera angeflanscht. Ist ein kleines Bild, weil ja auch kleines Teleskop, doch es gibt den visuellen Eindruck sehr gut wieder.

Eine Frage an Dich, was genau machst Du da? Was verstehe ich unter photometrischen Messungen an Mars?

LG von Anette

[Elmar Schmidt]

Hallo Anette,

Hut ab für das tolle Bild, da sind doch die Syrtis Major, Hellas und Arabia klar zu erkennen. Oft sorgen Wolken und Hochnebel für besseres Seeing.

Meine Photometrie bestimmt einfach die integrale Helligkeit des Planeten (linkes Teilbild), die ich dann auf Standardabstände "reduziere" und über dem Phasenwinkel auftrage (rechtes Teilbild). Das ist der Winkel zwischen Erde und Sonne, vom Mars aus gesehen; für eine exakte Oppositionsstellung wäre der also 0 Grad.

LG, Elmar

[Anette Aslan]

Danke für die Aufklärung Elmar,
ich hoffe das Wetter wird am 6.10. mitspielen, dann möchte ich nochmals mit der Kamera auf Mars halten. In Deiner Tabelle gibt es eine Spalte für Luftmasse, was hat das zu bedeuten?
LG von Anette

[Elmar Schmidt]

Hallo Anette,

eine Luftmasse (a.m. 1,00; air mass) liegt längs eines Sehstrahls von Meereshöhe zum Zenit vor, der die gesamte Atmosphäre durchdringt, was zu so gut wie allen Himmelsobjekten der Fall ist. (Selbst zu Meteoren, deren Leuchterscheinungen praktisch noch im Vakuum passieren.) Wenn man schräg durch die Atmosphäre schaut, erhöht sich die Luftmasse längs des Sehstrahls natürlich; bei Objekten in 30 Grad Höhe ergibt sich ungefähr a.m. 2,00.*

Multipliziert mit dem Extinktionskoeffizienten von 0,10 einer sog. Rayleigh-Atmosphäre (Blauhimmel),*** ergibt sich daraus die exponentielle Schwächung der (visuellen) Objekthelligkeit gegenüber dem Weltall; bei 30 Grad Höhe also etwa exp(-0,2) = 0,819. Man standardisiert aber i.a. nicht aufs Vakuum, sondern auf Luftmasse 1,00, also im Verhältnis zu exp(-0,1)= 0,905. Für 30 Grad Höhe muß dann ein solcher Meßwert künstlich um den Faktor (0,905/0,819) = 1,105 linear erhöht bzw. logarithmisch um -0,11 mag korrigiert werden.

Beste Grüße

Elmar


*Bis herunter zu nicht allzu kleinen Höhenwinkeln (etwa h ugf. 30 Grad) gilt a.m. = 1/sin(h), als wenn die Erde flach wäre. Darunter und für höhere Genauigkeit gibt es Formeln im Schrifttum, die auch die Höhe des Beobachters über dem Meeresspiegel enthalten. Ich verwende eine Formel von Kasten & Young.

**Auf hohen Bergen und für große Winkelhöhen treten Luftmassen kleiner als 1,00 auf, so daß diese Korrektur dann in die andere Richtung geht, also eine Minderung der gemessenen Helligkeit verlangt. Andererseits werden die genannten Korrekturen unter 10 Grad Winkelhöhe aber unverhältnismäßig groß und ungenau; solche Messungen müssen selbst von Spitzenstandorten meist verworfen werden.

***Wenn nennenswertes Aerosol (Dunst, Wolken, Staub, Rauch) in der Atmosphäre sind, kann man i.a. keinen universellen Extinktionskoeffizienten mehr voraussetzen und dann nur relativ zu einem (nahestehenden) Objekt bekannter Helligkeit messen. Bei Mars und erst recht beim Mond ist das meistens nicht möglich, so daß mir solche Messungen ausfallen. Aus demselben Grund messe ich Mondfinsternisse gern von hohen Standorten (1200 m und höher), weil man sich dort i.a. über der sog. atmosphärischen Grenzschicht befindet und damit an erheblich mehr Tagen als nahe Meereshöhe das gängige Aerosol (Staub, Pollen, Rauch, Ausdünstungen von Vegetation, Industrie und Verkehr usw.) unter sich zurück läßt. Wolken, Nebel, hochfliegender Staub oder gerade der Waldbrandrauch würden einem aber auch da zu schaffen machen.

[Anette Aslan]

Besten Dank Elmar für diese ausführlichen Informationen. Mir raucht der Kopf muss ich zugeben. Das ist höhere Atmosphärenphysik. Ich würde Dir gern noch eine letzte Frage stellen: was macht man mit diesen Messungen und warum werden die in Auftrag gegeben?
LG von Anette

[Elmar Schmidt]

Liebe Anette,

höhere Physik ist das nicht, sondern Optik absorbierender und streuender Medien, ergänzt um ein paar bekannte Integrale längs des Sehstrahls. Auch einen Auftraggeber gibt es nicht, ich bin Rentner. Es ist wie beim Bergsteigen: ich mache das einfach, weil der Mars da ist - und zum Ruhme des AKM

Ansonsten noch: die Phasenhelligkeitskurven stehen ja für die Albedo, also das Reflexionsvermögen der Planeten, Monde und Asteroiden, welches vor allem von der Mikrotopographie der Oberfläche beeinflußt wird (Stichwort Oppositionseffekt). Beim Mars kommt hinzu, daß der eine Atmosphäre und folglich auch Wettererscheinungen hat, die sich auch in der Albedo ausdrücken oder umgekehrt davon beeinflußt werden. Und da in seinem Fall i.w. die Sonne als Treiber wirkt, besteht die Hoffnung, die solaren Anteile am (irdischen) Klimawandel evtl. bei ihm "isolieren" zu können.

Herzliche Grüße

Elmar

[Anette Aslan]

Liebsten Dank Elmar, das besagt ja doch schlussendlich, dass uns das Licht unglaublich viele Aufschlüsse gibt. Selbst Exoplaneten können durch das Licht, welches sie reflektieren einiges zu ihrer Beschaffenheit aussagen. Interessant, dass man zu diesem Klima-Thema in solch weniger bekannten Bereichen forschen kann. Am Dienstag hoffe ich irgendwie brauchbares Wetter zu haben, dann möchte ich mit meinem 6 Zöller auf Mars, a weng a bissele grösser als das letzte Teleskop. Die Polkappe soll fast ganz weg sein. Ist ja Frühling da oben.
LG von Anette

[Anette Aslan]

Gestern Nacht am 8.10. gegen 22:30h beobachtete ich Mars durch einen 10" Dobson und durch einen 6" Fraunhofer Refraktor. Durch beide Teleskope erschien mir der Planet trotz Filterverwendung extrem hell, in beiden Teleskopen wurden Spikes erzeugt, ich konnte so gut wie keine Details ausmachen.

An den leider aufgezogenen Wolken erzeugte der Planet eine kleine Aureole, wenn ich das richtig deute.

LG von Anette

[Elmar Schmidt]

Hallo Anette,

ja, Mars dreht gerade heligkeitsmäßig auf

heute am 11.10. um 1:00 maß ich ihn bei 3,6 Grad Phase mit - (2,76 +/- 0,07) mvis

Damit ist er nach Sonne, Mond und Venus das vierthellste Himmelsobjekt und eben schon um -0,15 mvis (linear 15%) heller als in den gängigen Ephemeriden.

Nachdem man von Jupiter schon Aureolen kennt, sind sie bei Mars klarerweise auch zu erwarten. Ich kann sie nicht gebrauchen*

Herzliche Grüße

Elmar

*Daumen drücken für klare Nächte am 13./14.10. Da wird das Minimum bei 2,1 Grad erreicht. Mir scheint aber schon jetzt, daß der Oppositionseffekt bei Mars stärker ist als bislang vermutet. Dazu gehört eine Albedo von über 25%. Der Mond kommt bei 2 Grad Phasenwinkel auf etwa 13,5%.

[Anette Aslan]

Lieber Elmar, schau mal in diesen Thread rein, da gibt es sehr professionelle Marsbeobachtungen und einer hatte gestern sogar sowas wie eine Wolke interpretiert die sich auf Mars zeigte, während seiner Aufnahmen. Aber vom Seeing war auch in diesem Thread die letzten Tage nicht jeder sehr angetan.
Gruss von Anette
https://forum.astronomie.de/threads/mar ... st-1514110

[Elmar Schmidt]

Hallo Marsfreunde,

die sechs Wochen seit dem Oppositionszeitraum im Oktober waren wichtig und nervenanspannend, weil sich Mars im Phasenwinkel um mehr als 1 Grad pro Tag veränderte, und ich ihn, selbst wenn mal kein Waldbrandaerosol, Wolken oder Hochnebel vorlag, oft nur kurz erwischte.

Nachdem ich die Phasenwinkellücke zw. 15 und 25 Grad auffüllen konnte, wollte ich Euch die Ergebnisse nicht vorenthalten, auch wenn der Datensatz noch unvollständig und teilweise vorläufig ist:

Update 21.11.2020

Meine Messungen können demnach etwa bis zur Jahreswende weitergehen, insofern die scheinbare Helligkeit von Mars schneller abnimmt, als sie vor der Opposition zunahm, weil ihn die Erde nun hinter sich läßt, statt ihm "nachzujagen" (vgl. dazu die nachstehende Richtigstellung von Mario)

Es sieht so aus, als ob die 2007 publizierte Kurve von Mallama etwas unterhalb meiner Messungen liegt (+0,04 mag weniger hell ist), aber ob der Unterschied (geschweige die leichte Krümmung) bestätigt werden kann, bleibt fraglich. Statistisch ist der besagte Unterschied der Mallamakurve zu den (bisher 44) Meßpunkten zwar signifikant im 95%-Niveau mit 3 Standardabweichungen. Für harte Aussagen werden aber 5 Standardabweichungen benötigt, und zudem möchte ich in dem Niveau systematische Fehler noch nicht ausschließen.

Gruß, Elmar


PS: meine Mond-Phasenhelligkeitsmessungen sind auch mehr geworden, gerade heute früh erst durch eine nicht so einfache Messung der schmalen Sichel. Das Bild rundet sich. Wen es interessiert, mocht hioarh die Glozzen uff:

viewtopic.php?f=1&t=59656#p231645

[MarioK]

Hallo Elmar,

[...]insofern die scheinbare Helligkeit von Mars schneller abnimmt, als sie vor der Opposition zunahm, weil ihn die Erde nun hinter sich läßt, statt ihm "nachzujagen".

Die Marshelligkeit kann nach der Opposition auch langsamer abnehmen als sie vor der Opposition zugenommen hatte.
Nur bei Oppositionen nahe des Perihels oder Aphels sind An- und Abstieg der Helligkeit halbwegs symmetrisch.

Das liegt vor allem an der recht großen Excentrizität der Marsbahn. Hier mal ein etwas überladenes Diagramm mit zusätzlichen Parametern:

Weil das recht unübersichtlich ist, hier ein Ausschnitt daraus:

Man erkennt, dass die Zeitpunkte der Helligkeitsmaxima vom Phasenwinkel abhängen und die der größten scheinbaren Durchmesser logischerweise von der Entfernung.
Beides tritt nur bei Oppositionen nahe des Perihels oder Aphels gleichzeitig auf. Ansonsten gibt es Verschiebungen um ein paar Tage.

Wenn die Opposition nach dem Marsperihel stattfindet (2020, 2022, 2025) ist Mars vor der Opposition näher an der Sonne dran.
Die Entfernung Erde-Mars nimmt vor der Opposition früher und langsamer ab.
Scheinbarer Durchmesser und Helligkeit steigen früher und langsamer an.
Nach der Opposition nähert sich Mars dem Aphel. Die Entfernung Erde-Mars nimmt schnell zu.
Scheinbarer Durchmesser und Helligkeit nehmen auch schnell wieder ab.

Bei den Oppositionen, die vor dem Marsperihel stattfinden (2018, 2029, 2031) ist es genau umgekehrt.

Die größte Elongation der Erde (der Phasenwinkel des Mars) ist zur "Mars-Perihel-Seite" der Opposition größer, weil Mars näher an der Sonne ist, als zur "Mars-Aphel-Seite" der Opposition hin.

Der Phasenwinkel scheint aber eher eine gegensätzliche Bedeutung bei der Symmetrie um die Opposition zu haben.
Denn in gleichem zeitlichem Abstand zur Opposition ist der Phasenwinkel zur "Mars-Perihel-Seite" - wo der scheinbare Durchmesser größer ist - auch größer und damit auch der Lichtdefekt der Marsscheibe.

Lange Rede kurzer Sinn. Die Eigenschaften der Umlaufbahnen von Mars und Erde sind entscheidend. Nicht das Nachjagen oder die Flucht

Die Daten stammen wieder von hier: https://ssd.jpl.nasa.gov/horizons.cgi

Viele Grüße
Mario

[Elmar Schmidt]

Hallo Mario,

danke für die klärende Richtigstellung. Der Phasenwinkeleinfluß macht von der Erde aus "nur" etwa den Faktor 2 an der Helligkeit aus (dieser Winkel müßte die gelbe Kurve zur rechten Skala sein). Mallama verfügte glaube auch über Helligkeiten für größere Werte von Raumsonden aus.

Den Rest besorgen Erdabstand (wohl das delta; wo liest man das eigentlich ab?), aber auch der Sonnenabstand des Mars jeweils umgekehrt quadratisch. Für den ersten Einfluß eintreten kann alternativ der scheinbare Durchmesser.

Gruß, Elmar

[MarioK]

Hallo Elmar,

weil sich Excel gestern bei mir aufgehängt hatte, musste ich die Datei neu laden.
Dabei hatte ich einige nicht gespeicherte Änderungen übersehen.

Die alte Delta-Linie war dimensionslos. Es ging nur um die Form.
Damit sie reinpasste hatte ich -3*delta+3 gewählt und es auf die Magnitudenachse bezogen.

Ich habe die Delta-Linien im Beitrag jetzt (wie beabsichtigt) als Delta*10 auf die Phasenwinkelachse bezogen eingefügt.
Die 12 entspricht nun 12° und 1,2 AE.
Die zu den Periheloppositionen geneigte Form ist trotz der nun geringeren Amplitude noch gut erkennbar.

Viele Grüße
Mario