Feuerbälle fangen

Am 29. November um 02:06 Uhr morgens erschien plötzlich über vielen Orten im Süden Henans ein weißes Licht am Himmel, begleitet von heftigen Explosionen und Erderschütterungen. Aus den zahlreichen im Internet veröffentlichten Sicherheitsvideoüberwachungs- und Dashcam-Videos ist ersichtlich, dass die Nacht im Moment der Explosion taghell war und auch Schatten von Gebäuden und Bäumen auf den Boden geworfen wurden.

Dies ist ein typisches Feuerball-Ereignis. Das Center for NEO Studies (CNEOS) der Vereinigten Staaten gab den Ort der Luftdetonation (Spitzenhelligkeit) bei 32,6 Grad nördlicher Breite, 113,5 Grad östlicher Länge und in einer Höhe von 38,4 Kilometern an. Die kinetische Energie der Explosion entsprach etwa 130 Tonnen TNT.

Das vom Purple Mountain Observatory aufgebaute Jiangsu-Feuerball-Überwachungsnetzwerk hat dieses Feuerball-Ereignis ebenfalls aufgezeichnet. Analysen zufolge befindet sich die Meteorspur im Gebiet Nanyang-Zhumadian-Xinyang in der Provinz Henan. Die Höhe des Feuerballs über dem Horizont betrug nur etwa 5 Grad, womit die Grenze der Überwachungsbedingungen erreicht war.

Das Feuerball-Ereignis vom 29. November, fotografiert vom Jiangsu Fireball Monitoring Network ￨ Quelle: Purple Mountain Observatory

Die wissenschaftliche Bedeutung des Feuerball-Überwachungsnetzwerks

Ein Meteor ist ein astronomisches Phänomen, das durch das Eindringen eines kleinen erdnahen Körpers oder interplanetarer Materie in die Erdatmosphäre verursacht wird. Meteore, die heller als -4 Magnituden sind (etwa die Helligkeit der Venus), werden üblicherweise als Feuerbälle bezeichnet. Feuerballereignisse sind häufige astronomische Ereignisse. Der Durchmesser des Mutterkörpers vor dem Eintritt in die Erdatmosphäre beträgt üblicherweise zwischen zehn Zentimetern und mehreren Metern. Einige größere Feuerbälle verbrennen nicht, nachdem sie die Atmosphäre durchquert haben, und bringen der Menschheit wertvolle Meteoriten.

Es gibt eine große Anzahl kleiner Körper des Sonnensystems um die Erde, die eine echte Bedrohung für die Erde und den menschlichen Lebensraum darstellen. Erdnahe Objekte mit größeren Durchmessern können durch astronomische Teleskopuntersuchungen identifiziert und beobachtet werden. Erdnahe Objekte mit kleineren Durchmessern (wie etwa Ziele mit einem Durchmesser von weniger als 10 Metern, deren Zahl in die Milliarden geht) sind jedoch mit Teleskopen außerhalb der Atmosphäre nur schwer zu entdecken, und es ist unmöglich, wichtige Informationen wie ihre Umlaufbahneigenschaften, Einschlagsorte und Einschlagsgefahren zu verstehen. Wir können nur einen ersten Blick auf die Hinweise werfen, indem wir die Feuerballereignisse beobachten, die durch ihren Eintritt in die Erdatmosphäre verursacht werden.

Das Feuerball-Ereignis vom 9. November, fotografiert vom Jiangsu Fireball Monitoring Network ￨ Quelle: Purple Mountain Observatory

Da sich Feuerbälle jedoch schnell bewegen und in geringer Höhe erscheinen, sind sie auf der Erde nur in lokalen Bereichen (etwa 100 Kilometer) sichtbar. Daher ist es von großer praktischer Bedeutung, ein Feuerball-Überwachungsnetzwerk einzusetzen, um eine regionale Feuerball-Überwachung durchzuführen.

Aktueller Stand der Feuerballüberwachung im In- und Ausland

Weltweit wurden mehrere regionale Feuerball-Überwachungsnetzwerke eingerichtet, darunter: das Australian Desert Fireball Network (DFN); das NASA Meteorite Tracking and Recovery Network, das Canadian Meteor Observation and Recovery Project 2.0 (MORP 2.0) und das Southern Ontario Meteor Network (SOMN) in Nordamerika; und das European Meteor Network (EN) (hauptsächlich bestehend aus tschechischen und deutschen Stationen), das Slovak Video Meteor Network (SVMN), das Spanish Meteor Network (SPMN), das Finnish Fireball Network (FFN), das UK Fireball Network (UKFN) und das French Fireball Observation and Meteorite Recovery Network (FRIPON) in Europa. Darüber hinaus hat Europa eine Datenbank zur Videoüberwachung von Meteoren (EDMOND) eingerichtet, um Daten aus verschiedenen europäischen Meteorüberwachungsnetzwerken zusammenzufassen.

Verteilung der Feuerball-Überwachungsnetzwerke auf der ganzen Welt ￨ Quelle: Autor

In den Anfangstagen Chinas errichteten Astronomie-Enthusiasten in Peking, Jiangsu, Shandong, Xinjiang und anderen Orten spontan einige verstreute Meteor-Videoüberwachungsstationen und kleine Netzwerke. Erst in den letzten Jahren hat unser Land Maßnahmen gegen das Netzwerk der Meteor Video Surveillance Group ergriffen. Auf Initiative des Qingdao Aishan Observatory wurde 2017 in Zusammenarbeit mit dem Nationalen Astronomischen Observatorium das erste Meteor-Videoüberwachungsnetzwerk eingerichtet und im ganzen Land wurden mehr als 40 Stationen errichtet.

Jiangsu-Feuerball-Überwachungsnetzwerk

Im Jahr 2021 begann das Purple Mountain Observatory mit dem Aufbau eines integrierten Hardware- und Software-Feuerballüberwachungssystems. In der ersten Phase wird die Überwachung von Feuerball-Ereignissen in der gesamten Provinz Jiangsu und den umliegenden Gebieten realisiert und die Anwendung schrittweise auf den Aufbau regionaler/nationaler Feuerball-Überwachungsnetzwerke ausgeweitet.

Verteilung der Jiangsu-Feuerball-Überwachungsstandorte ￨ Quelle: Autor

〇 Überwachung der Website-Anforderungen

Feuerbälle erscheinen normalerweise in einer Höhe von 80 bis 100 Kilometern. Beim Aufstellen von Stationen muss darauf geachtet werden, dass die Meteore bei ihrem Erscheinen einen geeigneten Elevationswinkel aufweisen. Zweitens: Vermeiden Sie einen zu kleinen Winkel zwischen den Feuerballbahnebenen jeder Station (die durch die Station und die Meteorbahn gebildete Ebene), da dies die Positionierungsergebnisse beeinträchtigen würde. Unter Berücksichtigung aller Faktoren wird im Allgemeinen ein Abstand von 100 Kilometern zwischen den einzelnen Standorten empfohlen, und mehrere Standorte werden in einem Dreieck verteilt.

Bei einer Einzelstations-Überwachungsanlage, bei der die Überwachungspunkte im Abstand von 100 Kilometern angeordnet sind, entsprechen 10 Bogenminuten einer Reichweite von etwa 300 Metern in 100 Kilometern Höhe. Unter Berücksichtigung von Fehlern wie Zielmessung und Positionsberechnung muss die Auflösung der Überwachungsgeräte besser als 10 Bogenminuten pro Pixel sein. Befindet sich ein Meteor weniger als 20 Kilometer vom Boden entfernt, verlangsamt sich seine Fluggeschwindigkeit und er hört auf, weiter zu brennen und zu glühen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Meteor im Dunkelflugstadium. Damit zwei 100 Kilometer voneinander entfernte Stationen einen Feuerball gleichzeitig überwachen können, muss der Überwachungshöhenwinkel einer einzelnen Station größer als 11 Grad sein, was bedeutet, dass ein breiter Himmelsbereich von mindestens 160 Grad abgedeckt werden muss. Entsprechend den Anforderungen zur Überwachung und Identifizierung von Feuerbällen unterliegen Überwachungsgeräte unter anderem folgenden Einschränkungen: 1) Bildrate höher als 10 fps, 2) Sichtfeld größer als 160 Grad, 3) Auflösung besser als 10 Bogenminuten/Pixel.

〇Während der Testphase wurden mehrere Feuerbälle erfolgreich erkannt

Entsprechend den Anforderungen an die Anordnung und den Abstand der Feuerball-Überwachungsstationen wurde auf dem Xianlin-Campus des Purple Mountain Observatory, im Xuyi-Observatorium des Purple Mountain Observatory und im Jiufengshan-Observatorium der Nanjing Astronomy Enthusiasts Association in Xingdian Überwachungsausrüstung eingesetzt. Die Überwachungsausrüstung verwendet eine astronomische Kamera QHY5III485C mit einem 2,5 mm/f1.6-Fischaugenobjektiv, um eine 180-Grad-Abdeckung des Nachthimmels zu erreichen, und überträgt die Beobachtungsdaten über das Steuerterminal zurück an das Rechenzentrum im Xianlin-Park.

Am 4. September 2021 erfasste der Überwachungspunkt des Xingdian Jiufengshan-Observatoriums während der Testphase erfolgreich den ersten Feuerball des Überwachungsnetzwerks.

Dem Xingdian Jiufengshan-Observatorium ist es gelungen, den ersten Feuerball im Überwachungsnetzwerk einzufangen. Bildquelle: Purple Mountain Observatory

Nach anfänglicher Fehlerbehebung und Prüfung kann das System Sterne mit einer Grenzgröße von +3 und Feuerbälle mit einer Grenzgröße von -1,0 beobachten. Derzeit haben die drei Standorte eine gemeinsame Überwachung mehrerer Stationen realisiert und sich mit Astronomie-Enthusiasten in Shanghai, Zhejiang, Anhui und anderen Orten verbunden, um mehrere Feuerbälle zu überwachen.

Feuerballsammlung￨ Quelle: Purple Mountain Observatory

○Spätere Planung

In Zukunft soll ein großflächigeres Feuerball-Überwachungsnetz aufgebaut werden. Zudem sollen effizientere Datenverarbeitungsmethoden eingesetzt werden, um hochpräzise Positionen, Umlaufbahnbestimmungen und Landepunktvorhersagen von Feuerbällen zu erhalten. Auf dieser Grundlage können die Bedrohung durch Kollisionen erdnaher Objekte mit der Erde quantitativ besser eingeschätzt und dynamische Modelle zum Eindringen erdnaher Objekte in die Erdatmosphäre effektiv erstellt werden.

Astronomiebegeisterte aus dem ganzen Land, die sich für die Beobachtung von Meteoren interessieren, sind herzlich eingeladen, sich uns anzuschließen und mit uns zusammenzuarbeiten. Wir bieten Schulungen und Anleitungen zu Netzwerkerfahrung und Datenverarbeitungstechnologie an.

Über den Autor

Xu Zhijian

Die chinesische Drei-Schluchten-Universität und das Purple Mountain Observatory bilden gemeinsam 2020 Doktoranden mit Schwerpunkt Himmelsmechanik und Astrometrie aus.

Rotierender Chefredakteur: Ji Jianghui

Herausgeber: Wang Kechao