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Boliden im Blick


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Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 6/2022 vom 13.05.2022

METEORITEN

Artikelbild für den Artikel "Boliden im Blick" aus der Ausgabe 6/2022 von Sterne und Weltraum. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Sterne und Weltraum, Ausgabe 6/2022

Zufallstreffer

Joachim Kruse gelang am 13. Dezember 2020 ein Schnappschuss eines weithin sichtbaren Boliden aus dem Geminiden-Meteorstrom. Er hatte es eigentlich auf die Planeten Saturn und Jupiter abgesehen, die sich rechts neben der hellen Meteorspur zeigen.

Beim wissenschaftlichen Projekt Feuerkugelnetz leisten engagierte Laien einen wichtigen Beitrag zur astronomischen Grundlagenforschung. Das ist Bürgerwissenschaft, die sich über 55 Jahre hinweg bewährt hat und von Erfolgen gekrönt wurde. Im Sommer 2022 stellt das mit analogen Fotokameras betriebene Netzwerk seinen Betrieb ein – aber die Forschung geht weiter, da jetzt digitale Systeme die Arbeit übernehmen.

Was wird eigentlich beobachtet?

Egal, ob man das Phänomen als Sternschnuppe, Meteor, Feuerkugel oder Bolide bezeichnet, im Prinzip wird damit immer eine Himmelserscheinung beschrieben, die sich beobachten lässt, wenn ein mehr oder ...

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... weniger großes Stück interplanetarer Materie, ein so genannter Meteoroid, mit hoher Geschwindigkeit in die Erdatmosphäre eindringt und dort aufleuchtet; oder korrekt gesagt, die umgebende Luft zum Leuchten anregt.

Unsere Erde steht unter einem ständigen Beschuss durch Überreste von Kometen und Bruchstücken von Asteroiden, deren Größe vom mikroskopischen Staub bis hin zu tonnenschweren Brocken reicht (siehe SuW 4/2022, S. 80). Nahezu alle kosmischen Körper werden durch die irdische Lufthülle aufgerieben, nur äußerst selten gelangen Restmassen, die dann als Meteorite bezeichnet werden, bis zur Erdoberfläche.

Die Ziele des Projekts

Der erklärte Zweck des Feuerkugelnetzes ist es, die Häufigkeit und Beschaffenheit der auf die Erde einfallenden Meteoroide über einen langen Zeitraum hinweg zu untersuchen und genau zu dokumentieren. In enger Zusammenarbeit mit Fachkollegen am tschechischen Observatorium Ondřejov werden Simultanaufnahmen interessanter Feuerkugeln präzise vermessen und ausgewertet, um die atmosphärischen und heliozentrischen Bahnen der Meteoroiden, also ihre Trajektorien, zu berechnen sowie eventuelle Aufschlagstellen von Meteoriten auf der Erde zu bestimmen.

Vom Sommer 1966 bis Ende 1968 installierte das Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg ein Netzwerk von 25 Kamerastationen zur Meteorfotografie im Süden der Bundesrepublik Deutschland. Sie befanden sich an Standorten mit sehr guter Horizontsicht und möglichst wenig Streulicht (siehe »Fahnden nach Feuerkugeln«). Das MPIK war in Deutschland damals führend in der Meteoritenforschung und besonders an der Analyse von frisch gefallenen Meteoriten mit präzisen Daten ihrer heliozentrischen Bahnen interessiert.

Ab dem Jahr 1988 wurde das Netzwerk umstrukturiert und die vorhandenen Stationen auf ganz Deutschland und die Nachbarstaaten Österreich, Belgien, Schweiz, Kroatien, Luxemburg und Frankreich verteilt. In der Praxis hatte sich nämlich gezeigt, dass sich die Meteorkameras durchaus auch mit größeren räumlichen Abständen sinnvoll betreiben lassen.

Seit dem Jahr 1995 liegt die wissenschaftliche Leitung des Feuerkugelnetzes beim Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft-und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und der Technischen Universität Berlin, mit finanzieller Unterstützung durch die Europäische Weltraumorganisation ESA. Aus strukturellen oder personellen Gründen wurden die Ortungsgeräte seitdem des Öfteren an neue Stellplätze umgesetzt, so dass die allermeisten Meteorkameras im Lauf ihrer Betriebsdauer an unterschiedlichen Orten eingesetzt wurden (siehe »Neues Überwachungsnetz«).

Fahnden nach Feuerkugeln

Diese Karte enthält die Standorte der 25 Meteoritenortungsstationen, die vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg in den 1960er Jahren installiert und dort bis 1988 betrieben wurden.

Neues Überwachungsnetz

Nach der Umstrukturierung im Jahr 1988 betrieb das DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin die All-Sky-Kameras des Feuerkugelnetzes. Im Jahr 2016 waren diese 16 Stationen aktiv.

Der Aufbau einer typischen Meteorkamera

Kernstück der klassischen halbautomatischen Überwachungsstationen ist ein Parabolspiegel mit 36 Zentimeter Basisdurchmesser und einer Scheitelpunkthöhe von acht Zentimetern. Dieser Spiegelkörper ist mit einer hoch reflektierenden Metallschicht bedampft. Hierfür dient das Edelmetall Rhodium, das besonders widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse ist. Dies ist sehr wichtig, da die Meteorkameras dauerhaft unter freiem Himmel stehen. Der parabolische Glaskörper wird beheizt, um Taubeschlag auf dem Spiegel zu vermeiden und Regentropfen rasch verdunsten zu lassen (siehe »Himmelsspion«).

Über dem waagerecht ausgerichteten Parabolspiegel befindet sich ein kleiner Kasten mit einer Kleinbildkamera im Format 24× 36 Millimeter, die über ein 50-Millimeter-Objektiv vom Typ Leitz Summicron den Spiegel abfotografiert und somit den gesamten Himmel über dem Beobachtungsort auf einer einzigen Aufnahme abbildet. Diese All-Sky-Fotos werden durch eine rotierende Sektorblende unterbrochen, damit sich die Aufleuchtdauer und die Geschwindigkeit der Meteoroiden präzise messen lassen. Dazu benutzt man einen Synchronmotor, der mit 6,25 Umdrehungen pro Sekunde eine zweiflügelige Sektorblende bewegt. Dieser Shutter deckt das Objektiv 12,5-mal pro Sekunde ab: Somit erscheinen die Spuren schnell bewegter Leuchtobjekte, wie Meteore, in kurze Segmente zerteilt, während sich Sterne und Planeten auf Grund ihrer sehr langsamen scheinbaren Bewegung am Himmel als kontinuierliche Strichspuren abzeichnen (siehe »Erwischt!«).

Nach einem vom Leiter des Feuerkugelnetzes vorgegebenen Einsatzplan programmiert der Stationsbetreuer einmal pro Woche eine mit dem Zeitsender DCF77 synchronisierte Digitalschaltuhr. Durch diese wird das nächtliche Belichtungsintervall ausgelöst. Am nächsten Morgen muss lediglich der Film in der Kamera manuell weitertransportiert werden. Am Ende des Monats werden die belichteten Filme aller Meteoritenortungsstationen an Mitarbeiter des Projekts gesandt, wo sie zentral entwickelt und die Aufnahmen wissenschaftlich ausgewertet werden.

Seit dem Jahr 1966 bis heute sind mechanische Registrierkameras des Typs Leica MD im Einsatz, die sich auf Grund ihrer Robustheit unter extremen Witterungsbedingungen und Zuverlässigkeit im Dauereinsatz als ideal erwiesen haben. An entlegenen Stellplätzen werden alternativ mechanische Winderkameras vom Typ Konica Hexar RF eingesetzt, um den ehrenamtlichen Betreuern das tägliche Spannen des Films zu ersparen.

Belichtet werden panchromatische Negativfilme mit mittlerer Empfindlichkeit (Ilford FP4 Plus, 125 ASA). Pro Nacht wird von jeder Station nur eine einzige Aufnahme gemacht, also eine Langzeitbelichtung von mehreren Stunden Dauer. Die Schaltintervalle hängen wesentlich vom Standort, der Jahreszeit und der Mondphase ab.

Die Belichtungsdauer der einzelnen Ka-Fotos und Grafik: Dieter Heinlein meras ist daher auf etwa 2500 Stunden pro Jahr beschränkt.

Zeichnen mehrere Kamerastationen eine Feuerkugel auf, dann lässt sich aus der Kombination der Aufnahmen von verschiedenen Standorten die exakte Meteorspur durch die Erdatmosphäre berechnen. Ist zudem noch die Aufleuchtzeit der Feuerkugel bekannt – bestimmt durch Radiometer oder aus Augenzeugenbeobachtungen – so kann auch die heliozentrische Bahn ermittelt werden, auf welcher der kosmische Körper um die Sonne zog, bevor er zufällig mit der Erde zusammenstieß. Entgegen der landläufigen Meinung werden die Meteoroiden nämlich nicht von der Erde wie von einem Staubsauger angezogen, sondern es handelt sich um einen rein zufälligen Zusammenstoß, sozusagen um einen »kosmischen Verkehrsunfall«.

Was erreicht den Erdboden? Über die Leuchtkurve der Meteore und ihr Abbremsverhalten in verschiedenen Höhen lassen sich sogar die Masse und die Dichte der mit der Erde kollidierenden Materie ermitteln. Ein hochinteressantes Ergebnis des Langzeitprojekts Feuerkugelnetz ist, dass nicht etwa ein kontinuierliches Spektrum von

Materialien in die Erdatmosphäre gelangt, sondern nur ganz diskrete Gruppen. Es gibt eine Vielzahl von Meteoren, die von Kometenfragmenten erzeugt werden und eine stoffliche Dichte von 0,2 bis 0,6 Gramm pro Kubikzentimeter aufweisen: Niemals erreichen Reste dieser Körper den Erdboden, selbst wenn die eintretenden Massen im Tonnenbereich liegen, da dieses höchst fragile Kometenmaterial vollständig in der Erdatmosphäre aufgerieben wird.

Ganz anders verhält es sich mit den Bruchstücken von Kleinplaneten (Asteroiden), die eine Dichte von mehreren Gramm pro Kubikzentimeter aufweisen. Hier wurden drei Meteoroid-Gruppen nachgewiesen, die sehr gut mit den Meteoriten in Museen und Fachlaboren übereinstimmen, nämlich den gewöhnlichen Stein-und Eisenmeteoriten mit Dichten von 3,3 bis 3,6 beziehungsweise 7,8 Gramm pro Kubikzentimeter und die kohligen Chondrite mit Dichten um 2,1 Gramm pro Kubikzentimeter. Solche kosmischen Geschosse aus Asteroidengestein haben genügend Materialstärke und Festigkeit, so dass es bereits ab Anfangsmassen im Zentnerbereich zu einem Meteoritenfall kommen kann.

Aufklärung ist dringend nötig Die wissenschaftliche Beschäftigung mit dem Thema Feuerkugeln und die Erforschung der Physik von Meteoritenfällen sind überaus spannend und lehrreich. Dadurch lassen sich einige weit verbreitete Irrtümer und Fehleinschätzungen korrigieren, mit denen der Autor bei Vorträgen, Augenzeugenbefragungen sowie in Zeitungs-und Fernsehberichten immer wieder konfrontiert wurde.

Nahezu alle zufälligen Zeugen von Feuerkugeln erliegen der optischen Täuschung, ein Meteor habe sich »gleich hinter dem nächsten Haus oder Baum« befunden und sei auch in unmittelbarer Nähe zu Boden gestürzt. Die hohe Leuchtkraft und die immens große Geschwindigkeit suggerieren eben räum-liche Nähe. Aber bereits mit einfachsten Mitteln der Trigonometrie lässt sich nachrechnen, dass Feuerkugeln in 100 bis 20 Kilometer Höhe aufleuchten und somit von den meisten Beobachtern bis zu mehrere 100 Kilometer entfernt sind.

Spuren des Atmosphäreneintritts

Das am 6. März 2016 gefallene, flugorientierte Hauptstück des Steinmeteoriten Stubenberg von 1320 Gramm Masse zeigt auf der Seitenfläche ausgeprägte Regmaglypten, fingerabdruckähnliche Spuren, die beim Durchflug durch die Erdatmosphäre in Folge von Schmelzprozesse entstehen.

Erster Meteoritenfall in Baden-Württemberg

Das 955 Gramm schwere Fundstück des am 10. Juli 2018 im Ortenaukreis (Nordschwarzwald) gefallenen Meteoriten Renchen liegt neben dem Einschlagloch. Links ist die dünne, schwarze Schmelzkruste abgeplatzt und erlaubt einen Blick ins Innere des Steinmeteoriten.

Untersucht man den atmosphärischen Flug von Meteoritenfällen mit Restmasse, so zeigte sich beispielsweise, dass Meteoroide zwar einen Großteil ihrer Masse bei dem wenige Sekunden dauernden Leuchtflug verlieren, jedoch in ihrem Inneren kühl bleiben. Wenn sie dann nach etlichen Minuten Dunkelflug den Erdboden erreichen, sind die Körper bestenfalls warm. Es ist daher Unsinn, wenn in manchen Medien behauptet wird, dass niedergefallene Meteorite im Bereich von Kilogramm angeblich Brände verursachen könnten.

Wie groß ist die Ausbeute?

Mit dem optischen System All-Sky-Spiegel mit einer effektiven Brennweite von sieben Millimetern und dem verwendeten Filmmaterial lassen sich Meteore erst ab etwa der Größenklasse –4 mag erfassen. Das liegt vor allem daran, dass sich die Meteoroide in der Leuchtphase ihres Fluges extrem schnell relativ zur Erde bewegen. Die Geschwindigkeiten betragen größenordnungsmäßig etwa 20 bis 72 Kilometer pro Sekunde beziehungsweise 72 000 bis 260 000 Kilometer pro Stunde.

Die Konzentration auf diese helleren Meteore, die ab einer Helligkeit von –4 mag – also etwa der Helligkeit des Planeten Venus – Feuerkugeln genannt werden, ist aber durchaus erwünscht. Denn in diesem Projekt geht ja es vorwiegend um die Analyse von handfesten Meteoroiden im Bereich von einigen Kilogramm oder Tonnen und nicht um Sternschnuppen. In den letzten 32 Jahren – für die ein lückenloses Archiv von Feuerkugelnegativen vorliegt – wurden von den DLR-Ortungskameras pro Jahr durchschnittlich 40 helle Meteore auf jeweils 79 Aufnahmen aufgezeichnet. Auf Grund von Wettereinflüssen und dem Umstand, dass in manchen Jahren die Perioden von Meteorstrommaxima wegen Mondlicht ausgeblendet wurden, variierte die jährliche Ausbeute zwischen 17 und 82 Feuerkugeln auf 36 bis 209 Aufnahmen.

Von den mehr als 2000 Meteoroiden, die im Bereich des Deutschen Feuerkugelnetzes fotografisch erfasst wurden, sind die allermeisten in der Erdatmosphäre aufgerieben worden.

Dieter Heinlein

Glückliche Finder

Ralph Sporn (links) und Martin Neuhofer präsentieren stolz ihre Stubenberg-Fundstücke mit 7,66 Gramm (rechts), 19,24 Gramm (links) und 1320 Gramm (in der Hand von Gabriele Heinlein), zusammen mit dem Weißtannenast, unter dem sie den großen Meteoriten fanden.

Nur in 25 Fällen konnte der Niedergang einer Restmasse berechnet und ein Streufeld von Meteoriten vorhergesagt werden. Das tatsächliche Auffinden dieser gefallenen Meteorite glückte jedoch lange Zeit nicht. Zumeist weil die Restmasse zu gering oder das Suchgebiet ungünstig war. Erst im Jahr 2002 gelang dem DLR-Feuerkugelnetz der krönende, wahrhaft sensationelle Erfolg, nämlich der Meteoritenfall »Neuschwanstein« (siehe SuW 6/2002, S. 66)!

Am 6. April 2002 um 22:20 Uhr MESZ wurde von zehn Kamerastationen des Netzwerks der Fall einiger Meteorite in den Füssener Alpen registriert. Durch Auswertung aller Aufnahmen durch unseren tschechischen Kollegen Pavel Spurný ließ sich das Aufschlagsgebiet genau ermitteln. Nach intensiver Suche wurde am 14. Juli 2002 im vorausberechneten Areal tatsächlich ein 1,75 Kilogramm schwerer Steinmeteorit gefunden, der den Namen Neuschwanstein trägt, da er in unmittelbarer Nähe des berühmten bayerischen Königsschlosses niederging (siehe SuW 9-10/2002, S. 68 und SuW 4/2003, S. 44). Im Sommer 2003 wurden zwei weitere Fragmente entdeckt (siehe »Boten aus dem Sonnensystem«).

Insgesamt konnten 6,22 Kilogramm Material eines sehr seltenen und wissenschaftlich hoch interessanten Chondriten vom Typ EL 6, der das in Meteoriten seltene Silikatmineral Enstatit enthält, geborgen und analysiert werden. Diese Meteoriten ähneln dem Material, aus dem sich unsere Erde bildete.

In enger Kooperation mit Forschern am tschechischen Observatorium Ondřejov wurden auf deutschem Staatsgebiet zwei weitere Meteoritenfälle mit Funderfolg registriert. So fanden sich nach dem Fall von Stubenberg in Niederbayern am 6. März 2016 (siehe SuW 8/2016, S. 40), dank sehr engagierter Suche, sechs Steinmeteorite mit insgesamt 1473 Gramm des Chondriten-Typs LL6 (siehe »Spuren des Atmosphäreneintritts«).

Der jüngste Erfolg des Projekts ist der Meteorit Renchen, der erste Meteoritenfall im Bundesland Baden-Württemberg überhaupt (siehe SuW 12/2018, S. 14). Dort ging am 10. Juli 2018 ein kleiner Schauer von Steinen nieder, von denen sechs Fragmente eines Chondriten des Typs L5-6 mit einer Gesamtmasse von 1227 Gramm aufgefunden wurden (siehe »Erster Meteoritenfall in Baden-Württemberg«).

Dank für engagierte Mitarbeit Für die tägliche Bedienung der Meteoritenortungskameras und für gelegentliche Wartungsarbeiten möchte ich allen ehrenamtlichen Stationsbetreuern, zum Betriebsende des Projekts, im Namen der Leitung des DLR-Feuerkugelnetzes, herzlichen Dank sagen! Ganz besondere Anerkennung und Dank gebührt weiterhin dem Sternfreund Jörg Strunk aus Herford, der nach Aufgabe des DLR-Fotolabors in Berlin im Jahr 2006 die Entwicklung aller monatlich bei ihm eintreffenden Filme übernommen hat.

An dieser Stelle möchte ich auch den engagierten Einsatz von fleißigen Suchern würdigen, die schließlich die Funderfolge von Meteoriten ermöglicht haben. Besonders Ralph Sporn und Martin Neuhofer gebührt diesbezüglich Dank und großer Respekt: Sie haben über mehr als 20 Jahre hinweg unermüdlich ihr Finderglück in 40 berechneten Streufeldern versucht – 25 lagen in Deutschland, die anderen waren europaweit verteilt. Die beiden Abenteurer waren bei den Meteoritenfällen Neuschwanstein, Stubenberg (siehe »Glückliche Finder«) und Renchen überaus erfolgreich.

Übergang zum digitalen Netzwerk

Das Netzwerk der DLR-Spiegelkameras stellt im Sommer 2022 den koordinierten Betrieb ein. Nach 55 Jahren im Dauereinsatz haben die mit Analogfilm betriebenen Ortungsgeräte bis zuletzt zuverlässig funktioniert und lieferten gute Ergebnisse. Als ein Gerät, das deutsche Wissenschaftsgeschichte mitgeschrieben hat, wird die Ortungskamera 43 Öhringen als Exponat in die Astronomie-Abteilung des Deutschen Museums in München integriert. Die Betreiber der anderen derzeit aktiven Kameras haben sich bereit erklärt, ihre Stationen am Standort privat weiter zu nutzen.

Erfreulicherweise gibt es inzwischen ein Folgeprojekt zur Registrierung von Meteoren mit Stationen in Deutschland und einigen angrenzenden Ländern in Form des digitalen Allsky7-Kameranetzwerks, das ein gutes Potenzial besitzt, unser klassisches Feuerkugelnetz mit moderner Technik abzulösen. Dabei wird der gesamte Himmel mit sieben Videokameras abgefilmt, mit dem immensen Vorteil, dass diese Registriergeräte rund um die Uhr, in jeder Mondphase und sowohl bei Nacht als auch bei Tag im Einsatz sind. ■

Literaturhinweise

Hasse, T. et al.: Mikrometeorite – Sternenstaub für jeden. Sterne und Weltraum 4/2022, S. 80–87

Heinlein, D.: Meteoritenfall in den bayerischen Alpen. Sterne und Weltraum 6/2002, S. 66–67

Heinlein, D.: Die Suche nach dem Alpen-Meteoriten. Sterne und Weltraum 9-10/2002, S. 68–69

Heinlein, D.: Der Alpen-Meteorit »Neuschwanstein«. Sterne und Weltraum 4/2003, S. 44–46

Heinlein, D., Wimmer, K.: »Neuschwanstein« -Ein Meteoritenfall voller Überraschungen. Sterne und Weltraum 4/2004, S. 40–44

Heinlein, D.: Rechtsstreit um Himmelsgestein. Sterne und Weltraum 10/2007, S. 19–21

Heinlein, D.: Stubenberg – Ein neuer Meteoritenfall in Bayern. Sterne und Weltraum 8/2016, S. 40– 45

Heinlein, D.: Meteoritenfund mit Ansage. Sterne und Weltraum 12/2018, S. 14

Oberst, J. et al.: The »European Fireball Network«: Current status and future prospects, Meteoritics & Planetary Science 33, 1998

Zähringer. J.: Meteoritenortung in Süddeutschland. Sterne und Weltraum 3/1969, S. 52–53

Dieser Artikel und Weblinks: www.sterne-und-weltraum.de/artikel/ 2006149