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Physik | Technik
Dominic Jan Röschli, 2000 | Aarau, AG
Diese Wettbewerbsarbeit widmet sich der Beobachtung der Phänomene der Galileischen Monde, bei welchen sie sich gegenseitig verfinstern oder bedecken. Solche Ereignisse sind wichtig, um die Ephemeriden der Galileischen Monde zu verbessern. Im Fokus dieser Wettbewerbsarbeit steht spezifisch die Aufnahme der Bedeckung des Galileischen Mondes Europa durch Ganymed am 01.08.2021 und dessen Auswertung. In Zusammenarbeit von Dominic Röschli und dem INSTITUT DE MÉCANIQUE CÉLESTE ET DE CALCUL DES ÉPHÉMÉRIDES (kurz IMCCE), welches am Observatorium von Paris stationiert ist, wurde die Helligkeitsabnahme der Bedeckung Europas durch Ganymed erfolgreich ausgewertet. Aufnahmen wie diese führen zur Verbesserung des Verständnisses für das Jupitersystem und tragen dazu bei, Unsicherheiten in der Theorie der Bewegung von den Galileischen Monden zu verringern.
Fragestellung
Die Wettbewerbsarbeit begann mit der Leitfrage, wie man mittels eines Schmidt-Cassegrain-Spiegelteleskops und einer digitalen Fotokamera wissenschaftlich verwertbare Daten, am Beispiel einer Bedeckung oder Verfinsterung der Galileischen Monden, generieren kann. Um diese Leitfrage zu beantworten, wurden folgende Teilfragen betrachtet: 1. Welche wichtige wissenschaftshistorischen Meilensteine konnten mittels der vier Galileischen Monde ermöglicht werden? 2. Wie kommt es dazu, dass sich die vier Galileischen Jupitermonde alle 6 Jahre gegenseitig bedecken oder verfinstern? 3. Welches Ziel verfolgt das IMCCE und wozu werden die Aufnahmen der Jupitermondereignisse verwendet? 4. Welche astrofotografische Ausrüstung (Teleskop, Digitalkamera, Software und Zubehör) wird wie verwendet, um die Bilder der Jupitermondereignisse aufzunehmen und auszuwerten? 5. Welche Erkenntnisse können durch die Lichthelligkeits-Kurve gewonnen werden und wie werden sie herausgelesen? 6. Welche Voraussetzungen müssen gegeben sein, damit die Aufnahmen wissenschaftlich verwertbar sind?
Methodik
Für die Aufnahme der Bedeckung wurde ein computergestütztes Schmidt-Cassegrain-Teleskop von Celestron und eine CCD Kamera von ZWO verwendet. Die dafür verwendete Technik war die Aufnahmesoftware SharpCap und ein Laptop. Dadurch war es möglich, den von IMCCE geforderten Vorgaben an die Datenerhebung nachzukommen. Die Aufnahme fand am 01.08.2021 in der Ortschaft Cademario, welche im Tessin liegt, statt. Die Aufnahme der Bedeckung wurde so gestaltet, dass fortlaufende 5000er-Serien von Bildern über das gesamte Ereignis hinweg, aufgenommen wurden. Die durch die Aufnahme entstandenen Bilder wurden anschliessend mittels der Software Pipp verarbeitet. Die Verarbeitung befasste sich mit der Stabilisierung der Bilder und mit dem Aussortieren der besten Bilder, welche für die spätere Auswertung verwendet wurden. Das Auswerten der Bilder erfolgte mit der Software Tangra, mit welcher die Helligkeitswerte bestimmt wurden. Ausserdem wurde das Programm Excel verwendet, um die Helligkeitswerte von Tangra zu normalisieren, wodurch diese mittels der Software Igor von WaveMetrics ein zweites Mal ausgewertet wurden. Des Weiteren wurde ein Interview mit Jonas Schenker, dem Chef der astronomischen Vereinigung Aarau durchgeführt, welches die Bedeutung solcher Aufnahmen unterstreicht.
Ergebnisse
Wichtig bei solchen Aufnahmen ist die Zeit, zur welcher die maximale Bedeckung stattfand. Mit der beschriebenen Methode bezüglich der Auswertung war die gemessene Zeit der maximalen Bedeckung 23:07:18 UTC. Die vorhergesagte Zeit der maximalen Bedeckung von IMCCE war 23:03:09,869 UTC. Somit fand die maximale Bedeckung über 4 Minuten später als vorhergesagt statt.
Diskussion
Die ursprüngliche Leitfrage konnte somit positiv beantwortet werden, denn die Aufnahme wurde von IMCCE als verwertbar erklärt. Die selbst gemessene Zeit der maximalen Bedeckung muss jedoch kritisch betrachtet werden, da es diverse mögliche Fehlerquellen gibt. Aus diesem Grund wurde eine quantitative Fehleranalyse angefertigt, worauf die zeitliche Unsicherheit auf ± 78,6 Sekunden abgeschätzt wurde.
Schlussfolgerungen
In Anbetracht, dass die Differenz zwischen den Zeiten der maximalen Bedeckung und der Vorhersage grösser ist als die zeitliche Unsicherheit, folgt, dass eine Abweichung zur Vorhersage festgestellt wurde und die Abweichung nicht in der Unsicherheit liegt. Somit ist es also möglich, mit einem Amateur-Teleskop und einer Kamera Aufnahmen von Jupitermondereignissen zu machen, die den Qualitätsansprüchen für eine Aufnahme in die Datenbank des IMCCE genügt.
Würdigung durch die Expertin
Prof. Dr. Susanne Wampfler
Die Maturaarbeit von Dominic Röschli zeigt auf, dass es möglich ist, mit einem Amateurteleskop und einer CCD-Kamera wissenschaftlich verwertbare Daten zur präziseren Bahnbestimmung der Galileischen Monde des Planeten Jupiter aufzunehmen. Trotz widrigen Wetters gelang es, die Helligkeitskurve einer seltenen Bedeckung des Jupitermondes Europa durch Ganymed aufzunehmen und auszuwerten. Die Arbeit enthält zudem eine detaillierte Auseinandersetzung mit möglichen Fehlerquellen. Die erzielten Resultate fanden Eingang in die Datenbank des Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides.
Prädikat:
sehr gut
Neue Kantonsschule Aarau
Lehrer: Richard Heimgartner