Bedeckung von Io durch Europa

Bedeckung und Verfinsterung des Jupitermondes Io durch den benachbarten Jupitermond Europa

In der Beobachtungsperiode 2014/2015 für den Planeten Jupiter kommt es zu zahlreichen gegenseitigen Bedeckungen und Verfinsterungen der Galileischen Monde des Planeten Jupiter. Bei einer Bedeckung zieht in Sichtlinie zur Erde ein Mond vor einem anderen Mond vorbei, bei einer Verfinsterung fällt der Schatten eines Mondes auf einen anderen Mond. Auf dem verfinsterten Mond findet damit eine Sonnenfinsternis statt.

Am 07.02.2015 gelang es mir, die Bedeckung mit begleitender Verfinsterung des Mondes Io durch seinen Nachbarn Europa in einem Zeitrafferfilm festzuhalten.

Auf der Internetseite http://www.imcce.fr/phemu/ konnte ich für das Ereignis folgende Daten ermitteln:

Beginn der Bedeckung: 22:54:30 Uhr
Beginn der Verfinsterung: 22:57:01 Uhr
Ende der Bedeckung: 23:01:24 Uhr
Ende der Verfinsterung: 23:05:14 Uhr

Die Aufnahme entstand mittels der Videokamera DMK 41 an einem Fraunhofer-Refraktor mit 100 mm Objektivdurchmesser und 700 mm Brennweite. Nachgeführt wurde das Instrument mit einer parallaktischen Montierung EQ 5 des Fabrikats Skywatcher.

Zur Kamerasteuerung verwendete ich das Programm FireCapture von Torsten Edelmann. Mit Hilfe dieses Programms war es mir möglich, nur alle 5 Sekunden ein Bild abzuspeichern. Die Systemzeit meines Notebooks hatte ich zuvor mit dem Zeitsignal der Universität Erlangen synchronisiert.

Die Belichtungszeit wählte ich so, dass die Monde gut zu sehen waren, der helle Jupiter wurde daher überbelichtet. Leider musste ich feststellen, dass bei Betrachtung unter Tageslicht die Monde nicht so gut zu erkennen sind, wie dies bei der Aufnahme in Dunkelheit und mit an die Dunkelheit adaptieren Augen der Fall war. Ich habe daher den Film in Bilder zerlegt und diese mit dem Programm JPGAvi neu zu einem Film zusammengefügt. Das Programm erlaubt, bei diesem Vorgang die Helligkeit und den Kontrast anzupassen. Mein Sohn Christoph hat den Film zusammen mit einem kleinen Vorspann in das HD-Format konvertiert, womit eine Vergrößerung der Bilder einherging. Damit sind die Monde nun deutlich zu erkennen. Danke Christoph!

Um die Ungenauigkeiten, die bei der Nachführung aufgetreten waren, habe ich die einzelnen Bilder mit Hilfe des Programms Avistack zueinander ausgerichtet und in einer neuen Videodatei abgespeichert. Bei letzterem Schritt wurden die überbelichteten Teile von Jupiter in Schwarz verkehrt.

Aufgrund aufziehender Bewölkung musste ich die Aufnahme vorzeitig abbrechen. Insgesamt konnte ich 423 Bilder in der Videodatei abspeichern, die einen Film von ca. 29 Sekunden Abspieldauer (ohne Vorspann) ergeben. Die Aufnahmedauer betrug laut Logdatei ca. 36 Minuten.

 

Fotometrische Auswertung:

Obwohl mein Bestreben in erster Linie der visuellen Dokumentation des Ereignisses galt, versuchte ich im Folgenden auch eine fotometrische Auswertung. Zu Hilfe kam mir dabei, dass das Programm Avistack über eine Funktion zur Fotometrie verfügt. Mit Hilfe dieser Funktion konnte ich für in jedem Frame der Videodatei die Gesamthelligkeit von Io und Europa sowie als Vergleich die Helligkeit von Ganymed und des
Himmelshintergrundes messen. Die Messergebnisse ließen sich mit Microsoft Excel auswerten.

Diagramm1

In Diagramm 1 sind die gemessenen Helligkeitswerte für die Gesamthelligkeit von Io und Europa sowie für Ganymed, jeweils abzüglich der Hintergrundhelligkeit gegen die fortlaufende Nummer des jeweiligen Bildes aufgetragen. Die Werte an der y-Achse der Kurve repräsentieren den absoluten Lichtfluss und stellen keine Helligkeitsangaben in Magnituden dar. Die X-Achse repräsentiert in Schritten von 5 sec pro Bild die Zeitachse.

Die Lichtkurven zeigen eine breite Streuung der einzelnen Messwerte, welche auf die Szintillation zurückzuführen ist. Um dieses „Szintillationsrauschen“ auszuschalten, hätten die Bilder mehrere Sekunden belichtet werden müssen. Die Monde wären damit überbelichtet und hätten keine Messungen mehr erlaubt.

Trotz der Streuung der Messwerte zeigt sich ein deutlicher Abfall der Helligkeit ab dem Beginn der Bedeckung. Gegen Ende zeigt sich bereits der Einfluss der aufziehenden Bewölkung, die Messergebnisse sind irrelevant.

Diagramm2

Zur Glättung der Kurven habe ich die Messwerte vom 11. Frame bis einschließlich dem 390. Frame mit den jeweils 10 vor und nach einem Frame liegenden Messwerten gemittelt. Das Ergebnis dieser Mittelung ist in Diagramm 2 wiedergegeben. Dabei entspricht der Frame Nr. 1 in Diagramm 2 dem Frame 11 in Diagramm 1.

Die Lichtkurven zeigen für die Zeit vor Beginn der Bedeckung einen ähnlichen Verlauf. Ich halte daher Ganymed grundsätzlich als Vergleichsobjekt mit konstanter Helligkeit geeignet und habe den Unterschied (δ mag) der Gesamthelligkeit von Io und Europa zur die Helligkeit von Ganymed in Magnituden errechnet. Als Berechnungsformel diente die Formel (Quelle: http://www.bav-astro.de/ccd/index.php?kennung=index&sprache=de#F5)

D mag = 2,5 x log (Lichtfluss Europa und Io / Lichtfluss Ganymed)

In Worten: der Unterschied der Helligkeit in Magnituden beträgt das 2,5-fache des Logarithmus der Verhältnisses der gemessen Lichtflüsse beider Objekte.

Diagramm3

Der sich daraus ergebende Verlauf der Gesamthelligkeit für Io und Europa ist in Diagramm 3 wiedergegeben, wobei die Darstellung der y-Achse um den Faktor 10 überhöht ist. Die Differenz von 0 bis 10 entspricht somit 1 mag.

Pos1 = Beginn der Bedeckung
Pos 2 = Beginn der Verfinsterung
Pos 3 = Mitte der Bedeckung
Pos 4 = Ende der Bedeckung
Pos 5 = Ende der Verfinsterung

Allein für die Bedeckung betrachtet, hätte ab der zeitlichen Mitte der Bedeckung die Helligkeit wieder ansteigen müssen. Tatsächlich fällt die Helligkeit weiter ab, gefolgt von einem breiten Minimum. Erst nach Ende der Bedeckung steigt die Helligkeit wieder an. In diesem Verlauf der Lichtkurve zeigt sich die Überschneidung der Bedeckung mit der nur um wenige Minuten zeitversetzten Verfinsterung. Eine Verbesserung der Messgenauigkeit durch Einbeziehung weiterer Vergleichsobjekte war in Ermangelung derer nicht möglich.

Oskar Pircher