Sichtbarkeit von Satelliten: Bedingungen

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Kann man zu jeder (Nacht-) Zeit Satelliten sehen? Nein, kann man nicht! Wovon es abhängt, steht hier.

Steht ein Satellit über der Horizontlinie, so hängt seine Sichtbarkeit von verschiedenen Faktoren ab:

1. Der Oberflächenhelligkeit. Satelliten besitzen meistens ein hohes Reflexionsvermögen, damit sie vor zu großer Erwärmung durch die Sonnenstrahlung geschützt sind. Es kann sich um weiße Anstriche handeln (die meisten Raketenstufen) oder um gold- oder silber"farben" beschichtete Oberflächen (viele Nutzlasten). Plane, spiegelnde, also gerichtet reflektierende Oberflächen bewirken, daß ein Satellit, wenn er relativ zur Sonne im richtigen Winkel zu einem Beobachter steht, plötzlich (und oft für nur wenige Sekunden oder Bruchteile von Sekunden) außergewöhnlich hell werden kann, man spricht von einem (kurzen) "Flash" oder einem (zeitlich ausgedehnteren) "Flare"; Flares können mitunter so hell werden, daß sie selbst am Tageshimmel sichtbar sind. Satelliten mit matten Oberflächen, die das Sonnenlicht diffus streuen, zeigen dagegen keine derartigen Helligkeitsspitzen.

2. Der absoluten Größe des Satelliten. Es dürfte klar sein, daß ein großes Objekt wie die Raumstation ISS heller erscheint, als ein Schraubenzieher, der bei Montagearbeiten verloren wurde.

3. Der Entfernung zum Beobachter. Identische Sonneneinstrahlung vorausgesetzt, nimmt die Helligkeit eines Satelliten mit dem Quadrat seines Abstandes ab. Ist die Helligkeit aus Entfernung 1 also 1, so fällt sie aus Entfernung 2 auf 1/4 ab, aus Entfernung 3 auf 1/9 etc.. Mit der Bewegung eines Satelliten wechseln allerdings meist auch die Beleuchtungsverhältnisse wegen der Veränderung der Sonneneinstrahlung.

4. Der Sonneneinstrahlung. Ein künstlicher Erdsatellit durchläuft natürlich unterschiedliche Beleuchtungsphasen wie der Mond, bloß eben viel schneller (siehe Abbildung unten). Ein Satellit der gegen Mitternacht genau von Süden nach Norden zieht, wird für einen Beobachter weiter nördlich zunächst frontal beleuchtet sein (1). Überfliegt der Satellit den Beobachter, steht also direkt über ihm, so sieht er bereits auf große Teile der Schattenseite des Satelliten (2). Steht der Satellit schließlich nördlich des Beobachters, so sieht dieser fast ausschließlich auf die Schattenseite (3).

COS B am 26.06.1999 über Europa

Seitliche Ansicht der Bahn des Satelliten COS B (vereinfacht dargestellt als eine Kugel; beleuchtete Seite weiß, Schattenseite grau) am 26.06.1999 gegen Mitternacht UTC über Mitteleuropa. COS B bewegt sich von Süden nach Norden (roter Pfeil). Die Sonne steht im Norden, unterhalb des Horizonts. Der dick gezeichnete Teil der Bahn wird von der Sonne beschienen. Über der Nordspitze Afrikas tritt der Satellit aus dem Erdschatten heraus. Dargestellt sind 3 Positionen des Satelliten und die "Sehstrahlen" (grün) eines Beobachters in B (Mainz, by the way) zum Satelliten. Bei Position 1 sieht er den Satelliten fast voll beleuchtet, bei Position 2 nur noch etwa zur Hälfte und bei Position 3, im Gegenlicht der Sonne, erblickt er fast nur noch die Schattenseite des Körpers.

Die relative Helligkeit des Satelliten in den Punkten 1, 2 und 3 ergibt pi mal Daumen:

Punkt relative Entfernung von B gesehene beleuchtete Fraktion Helligkeit =
beleuchtete Fraktion : (rel. Entf.)2
1 2 ca. 0,9 0,9 : 22 = 0,225
2 1 ca. 0,5 0,5 : 12 = 0,5
3 2 ca. 0,1 0,1 : 22 = 0,025

Der Satellit in also in Punkt 2 mehr als doppelt so hell wie in Punkt 1, weist in Punkt 3 aber nur noch 1/20 der Helligkeit von Punkt 2 auf. Da reale Satelliten meistens komplexer gestaltet (eben keine "Mondkugeln") sind, können die tatsächlichen Verhältnisse von dieser Darstellung stark abweichen.

5. Dem (beleuchteten) Querschnitt, der dem Beobachter zugewandt ist: Beispielsweise eine zylindrisch geformte Raketenstufe: Es ist ein Unterschied, ob man auf die breite Seite der Stufe blickt oder von oben oder unten auf ihre Schmalseite.
Wenn ein Satellit um eine Achse rotiert (oder unkontrolliert taumelt), dann kann sich der beleuchtete Querschnitt kurzfristig ändern. Solche Querschnittsänderungen machen sich in einem regelmäßigen (bis chaotischen) Lichtwechsel bemerkbar, dessen Frequenz 1 Hz übersteigen kann. Die Amplitude des Lichtwechsels kann dabei dabei sehr ausgeprägt sein und z.B. von nicht sichtbar bis äußerst hell reichen. Taumelnde Objekte stabilisieren sich im Laufe der Zeit, d.h. die Frequenz ihres Lichtwechsels nimmt allmählich ab, bis sie schließlich von gleichbleibender Helligkeit sind.

Als grobe Regel kann man festhalten, daß Satelliten mitten in der Nacht im Durchschnitt am besten gegen Süden zu sehen sind (die Sonne steht im Norden), abends am besten gegen Osten (die Sonne steht im Westen) und morgens am besten gegen Westen (die Sonne steht im Osten).


Der Einfluß der Jahreszeit

Die Jahreszeit spielt für die Sichtbarkeit von Satelliten eine große Rolle. Die Bedingungen für einen Beobachter in Mainz seien hier geschildert.

Zur Zeit der Wintersonnenwende sinkt die Sonne in Mainz bis zu 63° unter die Horizontlinie. Sie steht dann viele Stunden vor und nach Mitternacht so tief, daß nur noch Satelliten auf sehr hohen Umlaufbahnen beleuchtet werden. Auf Grund ihrer großen Entfernung sind solche Objekte aber mit einfachen Mitteln selten zu sehen.
Anders zur Zeit der Sommersonnenwende. Jetzt sinkt die Sonne maximal 16° unter die Horizontlinie. Ihr Licht tritt in einem so flachen Winkel über den Nordhorizont, daß selbst um Mitternacht noch tieffliegende Satelliten beschienen werden. Eine Graphik soll das veranschaulichen:

Cosmos 524 über Europa Sommer/Winter

Hier ist exemplarisch der Satellit Cosmos 524 bei zwei Überflügen Mitteleuropas im Jahre 1980 gezeigt, beide Male gegen Mitternacht - links im Sommer, rechts im Winter. Der beleuchtete Teil seiner Bahn ist jeweils dick gezeichnet.
Im Nordsommer verläuft die Tag/Nachtgrenze (der Terminator) zur Mitternacht unserer Zeit bis Skandinavien, das Nordpolargebiet hat Tag. Deutschland befindet sich also nahe am Terminator. Während Cosmos 524 Deutschland überquerte, wurde er von der Sonne beschienen.
Im Nordwinter reicht der Terminator zu unserer Mitternacht im Norden bis zur Beringstraße. Beim Überflug Deutschlands befand sich Cosmos 524 tief im Erdschatten.
Im Beispiel liegt die Flughöhe im Winter zwar etwas tiefer als im Sommer; im umgekehrten Fall wäre der Unterschied aber nicht sehr groß gewesen.

Im Sommer kann man also die ganze Nacht über Satelliten beobachten, im Winter nur bis zu einer gewissen Zeit nach Ende und vor Einbruch der Dämmerung.

Tageslängen bei +50°

Tageslängen in Mainz (alle Zeitangaben der Graphik in MEZ). Oben: Zur Wintersonnenwende. Mitte: Zur Frühjahrs/Herbst Tag-Nacht-Gleiche. Unten: Zur Sommersonnenwende. Die drei Grauschattierungen geben die drei Dämmerungsabschnitte wieder:

In Mainz wird es zur Zeit der Sommersonnenwende also niemals vollständig Nacht, die Abenddämmerung geht kontinuierlich in die Morgendämmerung über. Nur ganz im Süden Deutschlands wird es um diese Zeit vollständig dunkel, sinkt die Sonne also um mehr als 18° unter die Horizontlinie.
Satellitenbeobachtungen sind erst nach Einbruch der astronomischen Dämmerung erfolgreich. Im Winter sinkt die Sonne danach rasch so tief, daß mit einfachen Mitteln keine Satellitensichtungen mehr möglich sind, da nur noch sehr hoch fliegende Objekte beleuchtet werden. Im Sommer sind die Nächte zwar kurz, die absolute Zeit für Satellitenbeobachtungen ist aber länger.


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Letzte Aktualisierung: 30.07.2000   Kontakt