Venusbeobachtung im nahen IR

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Projektleiterin/Autor: Silvia Kowollik
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04.03.2009


Unser innerer Nachbarplanet Venus zeigt im Fernrohr im sichtbaren Licht eine einheitlich weiße Farbe und je nach Stellung unterschiedlich beleuchtete Sicheln. Verwendet man UV-Filter, erkennt man Strukturen in ihrer Wolkenhülle. 

Das UV-Licht der Sonne zerlegt Sauerstoffmolekühle, Stickoxide und vermutlich auch noch weitere Verbindungen in der Venusatmosphäre oberhalb der Wolkenschicht bei 70 bis 110 km über dem Venusboden. Auf der Nachtseite der Venus rekombinieren diese Molekühle und senden dabei einen extrem lichtschwachen Schimmer aus. Mit Hilfe von IR Filtern kann man so auch die unbeleuchtete Seite der uns zugewandten Venus beobachten. Allerdings muß man dazu sehr lange belichten, und die beleuchtete Seite überstrahlt meistens sowohl das thermische Signal von der Venusoberfläche als auch die Rekombination von Stickoxiden und anderen Molekühlen in der Venusatmosphäre. Nur bei extrem schmaler Venussichel kurz vor oder nach der Konjunktion kann man mit erdgebundenen Teleskopen versuchen, die Nachtseite der Venus zu beobachten.

Bild: ESA

 

Die Raumsonde Venus-Express beobachtet mit ihrem Instrument "VIRTIS" die Venusatmosphäre bei unterschiedlichen Wellenlängen zwischen 1.000 und 4.000 nm.

Amateure können leiden nur bis ca. 1100 nm Wellenlänge diese Beobachtungen nachvollziehen, da die von ihnen verwendeten Kameras die längeren Wellenlängen nicht mehr aufnehmen können.

Bei rund 1000 nm ist ein kleines Fenster, welches bei den Aufnahmen mit dem 80 cm Spiegel der Sternwarte genutzt werden soll. Bei dieser Wellenlänge ist es möglich, die Wärmestrahlung der Venusoberfläche direkt zu beobachten. Tiefe Gebiete der Venus sind wärmer als die Hochländer. Hochländer sollten sich also als dunkle Regionen abzeichnen.

 

Für eine erfolgreiche Beobachtung des Nightglow der Venusoberfläche mit dem 80 cm Teleskop der Sternwarte wurden 
erstmals am 28.02.2009 Tests durchgeführt:

- die Überprüfung der Möglichkeit von Tageslichtaufnahmen
- die Überprüfung eines 1000nm Filters auf Fehlerstellen
- die Bestimmung der notwendigen Belichtungszeit mit dem Filter für einen Nachweis des Nightglow

    Am Taghimmel, in der Dämmerung und nach Ende der Dämmerung wurden kurzbelichtete Aufnahmen der zu 19 % beleuchteten Venussichel aufgenommen. Wie erwartet, hatten die Nachtaufnahmen den besten Kontrast, aber der Einfluss von Streulicht auf des offene Cassegrain-System erwies sich nicht als katastrophal. Dies diente der Überprüfung der Möglichkeit von Tageslichtaufnahmen für den genauen Zeitpunkt der Konjunktion, wenn Venus oberhalb der Sonne steht. 
   
  Die Suche nach einem geeigneten IR-Filter, der alle Wellenlängen von Ultraviolettem Licht bis ins Infrarote Spektrum bei 1000 nm blockt, gestaltete sich nicht weiter schwierig. Von Schott und Edmont Optics werden entsprechende Kantenfilter angeboten.

Nachdem die Venussichel mit dem Filter scharfgestellt war, wurde das Teleskop mit der Feinbewegung so bewegt, dass die Venussichel einmal quer durch das gesamte Gesichtsfeld der Kamera gefahren wurde. Dabei traten keine Fehlerstellen oder Reflexe auf.
 Die schmale Venussichel am 28.02.2009 mit 1000 nm Filter    

Die Kamera wurde mit dem Filter direkt im Fokus des 80 cm Spiegels platziert und Aufnahmeserien mit immer längeren Belichtungszeiten gestartet. Passend zu den einzelnen Belichtungszeiten wurden auch Darks aufgenommen, um die Aufnahmen kalibrieren zu können. Am 28.2.2009 herrschte klare Sicht, aber sehr starke Luftunruhe. 

Bei einer Belichtungszeit von 13,7 Sekunden konnte live am Monitor bereits ein Hauch der Nachtseite erkannt werden. Bei der anschließenden Analyse der Daten zeigte sich, dass mit dieser Belichtungszeit die besten Ergebnisse erzielt wurden. Die  Bildbearbeitung dieser Serie gliederte sich in 4 Schritte:

- Darkabzug
- subpixelgenaues Mitteln
- Schärfung

- Kontrastanhebung

Aus 260 einzelnen Aufnahmen mit 13,7 Sekunden Belichtungszeit wurde ein Summenbild berechnet, geschärft und anschließend im Kontrast angehoben, bis die Nachtseite deutlicher erkennbar wurde.



einzelnes Rohbild


Summenbild 

Kontrastverstärktes und geschärftes Summenbild

Auf den Aufnahmen ist sehr gut zu erkennen, daß die zu 19 % beleuchtete Venussichel bei dieser langen Belichtungszeit fast die Hälfte des Venusglobus überdeckt. Zur weiteren Bearbeitung wurde das geschärfte und kontrastverstärkte Bild der Venus kreisförmig ausgeschnitten, um 23 ° gedreht und als Animation mit den Radardaten der Venusoberfläche der Magellansonde aus dem Programm "Guide 8" unterlegt. Dabei zeigen sich durchaus Strukturen, die mit mit den Daten der Raumsonde Magellan übereinstimmen. 



ausgeschnitten


gedreht 


Animation
  Hier die dunkle Seite der Venus in Originalgröße: 

Die Bildmitte (Zentralmeridian) zeigt 308 ° Länge. Diese Aufnahme zeigt 1/4 der Venusoberfläche. Die Einzelaufnahmen wurden zwischen 18:50 und 19:52 Uhr MEZ aufgenommen. Venus stand zu diesem Zeitpunkt zwischen 20 und 15 Grad Höhe über dem Horizont, die Sonne 7 - 18 Grad unter dem Horizont. 

 

Mit dem Programm "Winjupos" wurde die Nachtseite der Venus in eine Mercatorprojektion umgewandelt und kann jetzt auch mit einer Karte der Venus verglichen werden:

Die dunklen Stellen auf der Nachtseite stimmen annähernd mit den Positionen der hochgelegenen Strukturen Beta Regio, Asteria Regio, Phoebe Regio und Themis Regio überein. 

Sollte das Wetter weitere Beobachtungen in den nächsten Wochen zulassen, sind weitere Beobachtungen geplant.

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