Quelle: ESA 3. Juli 2023.

3. Juli 2023 – Die ESA und die Europäische Organisation für die Nutzung von Wettersatelliten (Eumetsat) haben heute die ersten Animationen des Lightning Imager an Bord des ersten Meteosat-Satelliten der dritten Generation veröffentlicht, der am 13. Dezember 2022 gestartet ist.

Der von Leonardo gebaute Lightning Imager kann kontinuierlich schnelle Lichtblitze in der Erdatmosphäre aus einer Entfernung von 36 000km aufspüren, egal ob bei Tag oder Nacht. Das Instrument verfügt über vier Kameras, die Europa, Afrika, den Nahen Osten und Teile von Südamerika abdecken. Jede Kamera kann bis zu 1000 Bilder pro Sekunde aufnehmen und wird kontinuierlich die Blitzaktivität aus dem Weltraum beobachten.

Jede Animation enthält eine Abfolge von Bildern, die durch die Erfassung von Blitzmessungen während der Zeitspanne von einer Minute entstanden sind und mit einem einzigen Bild der Erde aus dem Lightning Imager überlagert wurden.

Die Daten des Lightning Imager werden den Meteorologen mehr Sicherheit bei der Vorhersage von schweren Unwettern geben, insbesondere in abgelegenen Regionen und auf den Ozeanen, wo die Möglichkeiten zur Erkennung von Blitzen begrenzt sind.

Simonetta Cheli, Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme bei der ESA, kommentierte die bemerkenswerten Fähigkeiten des Instruments: „Die Animationen zeigen, dass das Instrument in der Lage ist, die Blitzaktivität über das gesamte Sichtfeld der Kameras, das 84 % der Erdscheibe abdeckt, genau und effektiv zu erfassen.

„ESA und Eumetsat sorgen gemeinsam mit europäischen Industriepartnern dafür, dass die Vorteile der hochinnovativen neuen Technologie den Gemeinden und Wirtschaftszweigen in Europa und darüber hinaus zugutekommen.“

Das Aufspüren und Analysieren von Blitzdaten wird eine wertvolle Hilfe bei der Untersuchung kurzfristiger Wettervorhersagen und beim Verständnis der Auswirkungen solcher Phänomene auf den Klimawandel sein. Gleichzeitig wird der Lightning Imager auch eine wichtige Rolle für die Sicherheit im Luftverkehr spielen, da Blitze ein hohes Risiko für die Bordinstrumente von Flugzeugen darstellen.

Phil Evans, Generaldirektor von Eumetsat, kommentierte: „Schweren Stürmen gehen oft abrupte Veränderungen der Blitzaktivität voraus. Durch die Beobachtung dieser Aktivitätsveränderungen geben die Lightning Imager-Daten den Meteorologen zusätzliche Sicherheit bei der Vorhersage von schweren Unwettern.

„Wenn diese Daten in Verbindung mit den hochauflösenden Daten des Flexible Combined Imager verwendet werden, können die Meteorologen die Entwicklung schwerer Stürme besser verfolgen und haben eine längere Vorlaufzeit, um Behörden und Gemeinden zu warnen.“

Guia Pastorini, Project Engineering Manager für den Lightning Imager bei Leonardo, fügte hinzu: „Der Lightning Imager verfügt über vier Kameras, von denen jede 1000 Bilder pro Sekunde aufnehmen kann, und zwar Tag und Nacht, sodass selbst ein einzelner Blitz schneller als ein Wimpernschlag erkannt wird.“

„Dank spezieller Algorithmen werden die Daten an Bord so verarbeitet, dass nur nützliche Informationen zur Erde gesendet werden, die die Entwicklung genauerer Wettervorhersagen unterstützen und zur Erforschung von Wetterphänomenen und zur Sicherheit im Luftverkehr beitragen.

„Gemeinsam mit der ESA und Eumetsat und unter Koordination eines internationalen Industrieteams hat Leonardo 10 Jahre lang an dieser herausragenden Technologie gearbeitet, und wir sind sehr stolz darauf, heute die Bilder des ersten europäischen Blitzjägers zu präsentieren, der weltweit der einzige mit diesen einzigartigen Leistungen ist.“

Während die Animationen ein erstes Ergebnis des Lightning Imager sind, befindet sich der Meteosat Imager der dritten Generation derzeit in der Inbetriebnahmephase, in der die Instrumente kalibriert und die Daten validiert werden. Die Daten des Lightning Imager werden Anfang 2024 mit erhöhter Empfindlichkeit für den operationellen Einsatz zur Verfügung stehen.

Die MTG-Satelliten werden von einem umfassenden Konsortium europäischer Unternehmen gebaut, welches von Thales Alenia Space in Zusammenarbeit mit OHB geleitet wird. Der innovative Lightning Imager wurde von Leonardo in Italien entwickelt und wird von Telespazio Eumetsat beim Start und in der Umlaufbahn unterstützt.

Über den Meteosat Imager der dritten Generation
Der Meteosat Third Generation-Imager ist der Erste von insgesamt sechs Satelliten des MTG-Systems, das in den nächsten 20 Jahren wichtige Daten für die kurzfristige und frühzeitige Erkennung potenzieller extremer Wetterereignisse liefern wird. Die Mission besteht im Vollbetrieb aus zwei MTG-I-Satelliten und einem MTG-Sondierungssatelliten (MTG-S), die im Tandem arbeiten.

Die Bilder des anderen wichtigen Erdbeobachtungsinstruments des Satelliten, des Flexible Combined Imager, wurden Anfang des Jahres veröffentlicht.

Die MTG-S-Sondierungssatelliten – eine Premiere für Meteosat – werden einen Infrarot-Sounder und ein Spektrometer für Messungen im ultravioletten, sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich an Bord haben.

Durch die dreidimensionale Überwachung der atmosphärischen Instabilität in den Wolken wird der Sounder bei der Frühwarnung vor schweren Gewittern einen großen Schritt nach vorn darstellen. Er soll aus der geostationären Umlaufbahn einzigartige Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre aus Ozon, Kohlenmonoxid und Vulkanasche liefern.

Alle MTG-Blitzimager-Animationen:
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Sets/MTG_Lightning_Imager_animations

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Erstellt von Roland Rischer. Quelle: NASA, Garnavich et al.

Im Jahr 2011 hat das 2009 gestartete Kepler-Weltraumteleskop erstmals den Blitz der Schockwelle einer beginnenden Supernova – Ergebnis eines Schockwellendurchbruchs an der Sternenoberfläche – im sichtbaren Wellenlängenbereich dokumentiert. Die umfangreichen Kepler-Daten aus der ersten, ursprünglichen Mission (bis zum Teilausfall seiner Lageregelung 2013), die eigentlich der Entdeckung von Exoplaneten dienen, werden schon länger von Gast-Beobachterteams hinsichtlich möglicher Sternenexplosionen oder auch Supernovae ausgewertet.

So auch ein Team um den Astrophysiker Peter Garnavich an der University of Notre Dame in Indiana, USA. Es analysiert die Daten, die das Kepler-Weltraumteleskop über drei Jahre hinweg alle 30 Minuten aus einem konstanten Sichtfeld mit rund 500 Galaxien und etwa 50 Billionen Sternen lieferte. Er und andere arbeiten im Kepler Extragalactic Survey oder kurz KEGS. Gesucht werden von KEGS unter anderem Hinweise auf Supernovae. Da benötigt man natürlich eine so große Stichprobe, um wenigstens die Chance auf ein paar ungewöhnliche Ereignisse zu haben, die man sich dann näher anschaut. Tatsächlich konnte der Explosionsablauf zweier roter Riesensterne aus dem Datenmaterial herausgefiltert und analysiert werden.

Allein die Zahlenverhältnisse zeigen, was für ein gigantischer Glücksfall vorliegt. Die Beobachtung von Supernovae ist an sich schon selten, und wenn, sieht man sie meist im fortgeschrittenen Stadium. Eine beginnende Supernova hat bereits nach wenigen Tagen ihre maximale Leuchtkraft erreicht und der Blitz der Schockwelle ganz am Anfang dauert nur 20 Minuten. Will man eine Supernova von Anfang an sehen, weil gängige Theorien zum Ablauf nur dann eine Bestätigung finden können, muss man zur richtigen Zeit in die richtige Richtung schauen. Mit dem Kepler-Teleskop ist das, wie man nun weiß, 2011 im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes gelungen.

Nicht zu vernachlässigender Nachteil dieser ziemlich verzögerten Datenanalyse: Eine ad hoc initiierte Parallel-Verfolgung der Ereignisse durch irdische Observatorien ist nicht möglich.

Beobachtet wurden zwei Sternenexplosionen. Sie betrafen zum einen den Stern KSN2011a, rund 300 Mal größer als unsere Sonne und 700 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Zum anderen entwickelte sich KSN2011d, 500 Mal größer als die Sonne und in einer Entfernung von 1,2 Milliarden Lichtjahren, zu einer Supernova. Der Sternenumfang vor der Explosion ist in beiden Fällen größer als die Erdumlaufbahn.

Beide aufgezeichneten Supernovae entsprechenden dem Typ II, dessen Kennzeichen ist, dass den ständigen Kernfusionsprozessen im Inneren eines roten Riesensterns der Brennstoff ausgeht. Die Schwerkraft lässt den über mehrere Fusionsstufen entstandenen Eisenkern in sich zusammenbrechen und löst damit eine Explosion aus, bei der sich der Stern selbst zerlegt. Die Aufzeichnung des Lichtblitzes der Schockwelle als frühes optisches Anzeichen einer Sternenexplosion gelang bei dem größeren der beiden Sterne und ist ein Meilenstein in der astronomischen Forschung, denn er bestätigt Theorien über den Ablauf eines Supernova-Prozesses. Von KSN2011d lagen aus der Phase zwischen beginnender Aufhellung und maximaler Helligkeit rund 500 photometrische Messungen vor. Der gemessene Anstieg entspricht den theoretischen Aussagen von I. Rabinak und E. Waxmann aus 2011 bezüglich Supernova-Abläufen bei roten Riesensternen. Zusätzlich gab es aber eine auffällige Abweichung in den Daten zur Zeit des theoretisch vermuteten Schockwellen-Durchbruchs an der Sternenoberfläche. Sieben photometrische Messungen wiesen kurz nach Zeitpunkt T0 (der Kernkollaps) signifikant höhere Helligkeitswerte aus und können damit aus wissenschaftlicher Sicht als der Lichtblitz des Schockwellendurchbruchs gewertet werden. Der Blitz entsprach zwölf Prozent der maximalen Supernova-Helligkeit. Statistisch nicht nachgewiesen werden konnten theoretisch zu erwartende Strahlungsvorläufer des Schockwellendurchbruchs. Die Schockwelle aus dem Eisenkernzusammenbruch läuft langsamer nach außen als die freigesetzten Photonen. Diese müssten Stunden vor dem Schockwellendurchbruch registriert werden können.

Die beiden Supernovae zeigten allerdings unerwartete Unterschiede. Während beide Explosionen eine ähnliche Energie entwickelten, konnte bei dem kleineren Stern keine Schockwelle aufgezeichnet werden. Die Wissenschaftler vermuten, KSN2011a könnte von einer Materiewolke umgeben gewesen sein, die den Schockwellen-Blitz verschluckt hat, als er die Sternenoberfläche erreichte. „Das ist eines der Rätsel in unseren Daten“, so Garnavich. „Man sieht zwei Supernovae und registriert verschiedene Dinge.“

Die Erforschung von Supernovae dient unter anderem dem besseren Verständnis der Verteilung schwerer chemischer Elemente in räumlicher und zeitlicher Hinsicht in unserer Heimatgalaxie. Das wiederum könnte ein Baustein zur Erklärung unseres Daseins sein, denn schwere Elemente sind durchweg Ergebnis von Sternenexplosionen und die Grundlage des Lebens in unserem Sinne, betont NASA-Wissenschaftler Steve Howell, am Ames Research Center der NASA im Silicon Valley für die Kepler-Mission zuständig.

Die Analyse der Daten aus der ersten Kepler-Mission bis 2013 durch KEGS steht kurz vor dem Abschluss. Der Kepler-Einsatz mit dem ursprünglichen wissenschaftlichen Beobachtungsprogramm musste 2013 nach dem Ausfall von zwei der vier Reaktionsräder zur Lagestabilisierung des Satelliten aufgegeben werden. Das Problem der Lagestabilisierung konnte jedoch durch eine spezielle Ausrichtung mit dem Ziel einer gleichmäßigen Verteilung des Strahlungsdrucks der Sonne auf die Sonde insoweit gelöst werden, dass das Kepler-Teleskop unter angepasster wissenschaftlicher Zielsetzung für eine Mission K2 nutzbar wurde. Der wesentliche Unterschied zu vorher ist ein alle 83 Tage wechselndes Sichtfeld. Das KEGS-Team wird auf der Suche nach weiteren Supernovae also weiterhin genügend Kepler-Daten durchkämmen können. Bei Ames-Research erwartet man von der Kepler-K2-Mission trotz Sichtfeldwechsel Dutzende weiterer Supernova-Beobachtungen. Mit viel Glück dürfte auch wieder ein Schockwellen-Blitz dabei sein.

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• Supernovae

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Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: Hubble News.

Die NASA präsentierte kürzlich die neuesten Bilder des Hubble-Weltraumteleskopes, welche ein unübliches Phänomen im Weltraum zeigen: ein so genanntes Lichtecho. Hierbei handelt es sich um reflektiertes Licht eines Sterns, der vor fünf Jahren erstmals seine Umgebung mit seinem Licht erhellte. Der Stern offenbarte eine wunderschöne, ziemlich bewölkte Umgebung. Genau diese Staubwolken reflektieren nun sein Licht und dieses trifft mit einiger Verspätung dann auf die weit entfernte Erde, Lichtechos dieses Sterns.

Aufgrund des anfänglichen Umweges erreicht das reflektierte Licht die Erde viel später als das Licht durch den Ausbruch selbst. Deswegen ist ein Lichtecho mit einem normalen Soundecho vergleichbar.

Das Echo stammt von einem sehr merkwürdigen und unüblichen Stern namens V838 Monocerotis (V838 Mon), der sich etwa 20.000 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Er befindet sich dabei am relativ äußersten Rand unserer Galaxie, der Milchstraße. Im Jahr 2002 wurde der Stern plötzlich und nur temporär sehr hell, umgerechnet etwa 600.000 Mal heller als unsere Sonne. Der Grund für diese extreme Eruption ist bisher ungeklärt.

Die Lichtechos sind natürlich nicht neu. Man kennt dieses Phänomen schon seit 2002, kurz nachdem man den Stern selbst entdeckt hatte. Allerdings lassen die neuen Bilder einen genaueren Blick in die nähere Umgebung des Sterns zu. Das Bild, das Sie hier finden können, zeigt eine Aufnahme vom November 2005 (links) und eine weitere vom September 2006 (rechts). Man kann erkennen, dass es einige Änderungen in den interstellaren Staubwolken gab, welche sich möglicherweise auf bestimmte Magnetfelder zurückführen lassen.

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