Sonne, Mond und Sterne

XEphem kommt vom Clear Sky Institute [1] in den USA, das 1993 zur Entwicklung von Technologie zur Fernsteuerung von Observatorien gegründet wurde. Auf der Homepage von CSI liegt das Paket xephem-3.5.2.tar.gz zum Download bereit (siehe Kasten "Installationshinweise"); alternativ kann auch eine umfangreiche CD-ROM erworben werden. Das Programm liegt allerdings nur in englischer Sprache vor. Nach erfolgreicher Installation bietet sich dem Sternenfreund dann zunächst das Hauptfenster, in welchem die grundlegenden Einstellungen zur Beobachtungsumgebung vorgenommen werden. Mit Umgebung ist hier einmal der Standort auf unserem Planeten gemeint, der entweder aus einer umfangreichen Liste (Städte oder z. B. Observatorien) gewählt oder auch manuell (Längen- und Breitengrad-Koordinaten und Höhe über dem Meeresspiegel erforderlich) eingegeben werden kann. Zur noch präziseren Berechnung können der lokale Luftdruck und die Temperatur angegeben werden; dann wird die Lichtbrechung der Atmosphäre berücksichtigt.

Weiterhin gehört natürlich auch der Beobachtungszeitpunkt zur korrekten Berechnung: Uhrzeit, Datum und Zeitzone (TZ) sollten konfiguriert werden. Weitere astronomische Zeitangaben sind Standard: XEphem bietet Einstellungen wie z. B. abendliches Dämmerungsende (Dusk) oder Weltzeit (UTC) an, aber auch spezielle Daten wie z. B. Siderische Zeit oder Delta-T dürfen eingetragen werden. Beim Datum ist der User übrigens nicht auf Daten ab 4713 v. Chr. (Julianisches Datum 0) beschränkt wie sonst üblich: Durch Eingabe negativer Julianischer Tagesnummern kann die Zeitreise mehrere hunderttausend Jahre in die Vergangenheit gehen. Hinsichtlich Präzessionist das noch ok, bei Planetenpositionen wirkt sich aber die Ungenauigkeit vor allem durch nicht berücksichtigte Störungen anderer Planeten in diesen Zeiträumen wesentlich stärker aus. Nicht fehlen darf natürlich eine Animations- bzw. Zeitsteuerung, um so den Inhalt eines Fensters zum Leben zu erwecken. Damit lässt man die Planeten um die Sonne fliegen oder die Sterne über den Nachthimmel ziehen. Diese Einstellungen sind im unteren rechten Teil des Fensters untergebracht. Vom Menü des Hauptfensters aus lassen sich andere Fenster und Dialoge öffnen. Bevor wir zu diesen kommen, werfen wir zunächst ein Blick auf die verfügbaren Daten und Sternenkarten für XEphem.

Abbildung 1: Das Hauptfenster nach dem Start

Sterne wie Staub

Standardmäßig kommt XEphem mit dem YBS-Katalog (Yale Bright Stars), der lediglich 3141 Sterne enthält – also ungefähr die am Nachthimmel mit bloßem Auge sichtbaren Sterne. Um mehr Sterne auf den Bildschirm zu zaubern, gibt es drei Möglichkeiten: Sie laden Daten aus dem Internet herunter, verwenden CD-ROMs oder beziehen die Informationen per Online-Verbindung. Im Internet werden auf verschiedenen Seiten Kataloge für XEphem zum Download angeboten [2]. Diese liegen im programmeigenen Format vor und haben die Dateiendung .edb. Andere Kataloge lassen sich aber problemlos mit Tools wie z. B. cat2edb [3] konvertieren.

XEphem verarbeitet verschiedene Arten von Sternenkatalogen, z. B. die sogenannten Proper-Motion-Kataloge. Dies sind Tabellen mit Positionen, Eigenbewegungen, Helligkeiten etc. von Sternen. Zu den beiden bekanntesten Katalogen gehören der PPM-Katalog (Positions and Proper Motions) vom Astronomischen Rechen-Institut Heidelberg [4] mit 468586 Sternen, und der TYCHO-2- kombiniert mit dem HIPPARCOS-Katalog (2,5 Millionen Sterne) vom European Southern Observatory [5]. So genannte Field-Stars-Kataloge enthalten lediglich digitalisierte Aufnahmen des Sternenhimmels und verfügen daher nur über Positions- und Helligkeitsdaten. Der "Klassiker" ist zweifelsohne der Hubble GSC (Guide Star Catalog) mit über 15 Millionen Sternen. Dieser Katalog dient dem Hubble-Weltraumteleskop zur Ausrichtung und ist bei (kommerziellen) Astronomieprogrammen inzwischen Standard. Eine noch umfangreichere Datenbasis stellt der A-Katalog des U.S. Naval Observatory [6] bereit: 54 Millionen Sterne – das entspricht ca. 325 Sternen auf einer Fläche, die so groß wie der Vollmond ist. Schließlich unterstützt XEphem noch den Digitized Sky Survey (DSS) [7] des Space Telescope Science Institute (STScI) und des European Southern Observatory (ESO). Diese können mit speziellen Funktionen vielfältig analysiert werden. Die digitalen Himmelsausschnitte werden online von den entsprechenden Servern geladen. Was beim DSS ein Muss ist, ist beim Guide Star Catalog (GSC) [8] die Alternative, falls er nicht als CD-ROM vorliegt. Außer den einzelnen Sternen sind so genannte Deep-Sky-Objekte wichtig: Darunter versteht man Gas- und Staubnebel, Sternhaufen und Galaxien. Diese werden lediglich im Messier-Katalog (106 Objekte) [9] mitgeliefert.

Von den Tiefen des Universums nun zurück zu unserer kosmischen "Heimat". Schließlich will man auch die Planeten, Asteroiden und Kometen unseres Sonnensystems am nächtlichen Sternenhimmel identifizieren oder natürlich im Voraus wissen, wann beispielsweise der Mars günstig zu beobachten ist. Außer den neun großen Planeten mit ihren Monden ist leider zunächst kein weiteres Objekt in XEphems eigener Datensammlung, aber per Update über eine Internet-Verbindung (siehe Abbildung 2) lassen sich fehlende Daten nachladen. Aktuelle Informationen zu Kleinplaneten gibt es beispielsweise vom Minor Planet Center [10].

Abbildung 2: Internet-Update und Online-Zugriff auf externe Sternkataloge

Wem das alles zu aufwendig ist, kann XEphem als Kaufversion auf CD-ROM beziehen. Für den stolzen Preis von 59,95 Dollar erhält man nicht weniger als 14 Sternkataloge, elf Deep-Sky-Kataloge, zwei für Kleinplaneten und Kometen und einen Katalog für Satelliten. Das Handbuch (online als PDF-Dokument verfügbar) muss allerdings für 12,95 Dollar gesondert bestellt werden. Informationen dazu gibt es auf der Website von XEphem.

Auf zu neuen Fenstern

Über die fünf Menüs des Hauptfensters nimmt man diverse Einstellungen vor oder öffnet weitere Fenster. Jede Fensterart lässt sich aber nur jeweils einmal starten, z. B. können Sie nur eine Sternenhimmel-Darstellung öffnen. Haben Sie eine Zeitsteuerung aktiviert, wirkt diese auf alle eventuell geöffneten Windows ein. Sämtliche Fensterelemente, z. B. Farbe und Schriftart, dürfen vom Benutzer individuell konfiguriert werden. Ebenso gibt's zu fast allen Elementen eine Quick-Info, und jedes Fenster hat eine oder mehrere Hilfeseiten parat. Damit lässt sich hervorragend arbeiten – ein Blick ins Handbuch ist nur selten nötig.

Im Menü Data lassen sich fehlende Daten nachladen. Kataloge zu Sternen, Kleinplaneten und Kometen dürfen einzeln hinzugefügt und wieder entfernt werden. So lässt sich beispielsweise ganz gezielt die Anzahl an Kleinplaneten in der Sonnensystem-Darstellung (Solar System) einschränken, da sonst vor lauter Punkten im Solar-System-Fenster nichts anderes mehr zu sehen ist. Die vielfältigen Möglichkeiten zur Auswahl der lokalen Datenbanken sind in Abbildung 3 zu sehen.

Abbildung 3: Die Datenbasis der lokalen Daten

Das Data-Menü beherbergt noch eine weitere interessante Funktion: Search and ObjXYZ (siehe auch Abbildung 4). Damit können alle rechts aufgelisteten Objekte, also vom Erdsatelliten bis zum Kugelsternhaufen, angezeigt, manipuliert oder im "Sky-view"-Fenster markiert bzw. zentriert werden. Ist ein Teleskop (z. B. das MAEDE LX200) mit GOTO-Steuerung über die serielle Schnittstelle angeschlossen, richtet ein Klick auf Tel Goto das Teleskop auf das Objekt entsprechend aus. Das gewünschte Objekt kann auch anhand eines Strings im Speicher gesucht werden.

Abbildung 4: Objektsuche im Speicher

Blick aus dem All

Über das View-Menü lassen sich der Sternenhimmel (Sky View), unser Sonnensystem (Solar System) oder auch einer von sechs Planeten in einem eigenen Fenster anzeigen, welches mit entsprechenden Menüs und Buttons ausgestattet ist. Mond, Mars und Jupiter sind mit der realen Oberflächentextur überzogen, und auf Wunsch werden auch weitere Merkmale (Krater etc.) oder Landeplätze (Apollo auf dem Mond, Pathfinder auf dem Mars usw.) angezeigt. Die Monde der Planeten fehlen ebensowenig wie der Sternenhimmel-Hintergrund (nur mit "Field Stars") – alle Features dürfen ein- und ausgeschaltet werden. Für die Erde, deren Oberfläche leider nur mit Konturen dargestellt wird, gibt es noch eine besondere Funktionalität: Per Internet-Verbindung zum Space Science and Engineering Center der Universität Wisconsin kann die Erdkugel mit der aktuellen Wetterkarte überzogen werden (siehe Abbildung 5). Außerdem lassen sich maximal drei Objekte auf die Erdkugel projizieren, z. B. die Position eines Satelliten oder des Mondes, wobei auch eine Spur über einen bestimmten Zeitraum darstellbar ist. So wäre dann der Weg des Kernschattens auf der Erdoberfläche bei einer Sonnenfinsternis zu sehen.

Abbildung 5: Die Erde mit aktueller Wetterkarte

Blick ins All

Das "Sky-View"-Fenster stellt den Sternenhimmel vielfältig konfigurierbar dar. Zusätzlich zu den Menüs sind viele Buttons und Schieberegler um den Fensterinhalt angeordnet. Zunächst wird der Sternenhimmel als Kugelprojektion präsentiert, mit sämtlichen Markierungen und Beschriftungen. Bei der Kugelprojektion befindet sich der Betrachter innerhalb einer Halbkugel ("Himmelssphäre"), an deren "Innenfläche" die Sterne und sonstigen Objekte projiziert werden. Das Blickfeld beträgt immer 180°, entspricht also etwa einer Aufnahme mit einem Fischaugenobjektiv. Da eine dreidimensionale Hohlkugel auf einem zweidimensionalen Bildschirm dargestellt wird, treten dabei unweigerlich Verzerrungen auf. Die alternative Projektion ist zylindrisch, d. h. die Himmelssphäre wird auf die Mantelfläche eines Zylinders projiziert. Dabei hat man – sofern aktiviert – einen ebenen Horizontverlauf; die Verzerrungen werden hier aber extremer in Richtung der beiden Himmelspole (am deutlichsten sichtbar bei aktiviertem Koordinatennetz). Der erwähnte Horizont kann eine rote Linie bei Höhe 0 (Meeresspiegel) oder eine per Datei definierte Landschaftskontur sein; unterhalb des Horizonts ist dann wie in der Realität nichts zu sehen.

An weiteren Markierungen bietet XEphem hier alles, was der Sternenfreund erwartet, so z. B. die Ekliptik, den Himmelsäquatoroder ein Liniennetz der Himmelskoordinaten. Die Sternbilder können in ihren modernen Grenzen oder den bekannten Figuren markiert werden, beschriftet mit den lateinischen Namen oder Abkürzungen. Die Sterne aus dem YBS-Katalog zeigen ihren Namen (soweit vorhanden) oder den griechischen Buchstaben analog zu ihrer Helligkeit (Alpha ist der hellste), wie es Johannes Bayer 1603 in seinem Sternatlas Uranometria festgelegt hat. Alle anderen Objekte – Planeten, Satelliten, Galaxien, Gasnebel etc. – sind ebenfalls auf Wunsch als Punkte mit oder ohne Beschriftung darstellbar. Mit drei Schiebereglern lässt sich der Himmelsausschnitt verschieben und vergrößern bzw. verkleinern. Klickt man mit der rechten Maustaste auf ein Objekt, öffnet sich ein Popup mit weiteren Informationen, wie z. B. Auf- und Untergangszeit, Helligkeit, Koordinaten usw. Weiterhin finden sich hier Menüfunktionen, mit denen das Objekt zentriert oder gezoomt werden kann. Außerdem lässt sich dessen Spur vor dem Sternenhintergrund zeichnen (z. B. Oppositionschleifen). Will man einfach nur wissen, ob und wann ein Planet nachts überhaupt sichtbar ist, wäre das Ausprobieren verschiedener Zeitpunkte im "Sky-View"-Fenster sehr mühsam. Daher gibt es unter den vielen nützlichen Fenstern auch ein Sichtbarkeitsdiagramm (siehe Abbildung 6).

Abbildung 6: Eine Auswahl der in XEphem verfügbaren Fenster

Wie eingangs erwähnt, werden auch die Erde umkreisende Objekte unterstützt. Da bietet sich als Informationsquelle natürlich die Internationale Raumstation ISS an, die ja momentan im Aufbau ist. Am einfachsten laden Sie die aktuellen Bahnelemente direkt über die Web-Update-Funktionalität, indem Sie im aktivierten Eingabefeld Search during download for "ISS" eingeben und dann auf Get in der ersten Zeile der Vorgabe-URLs klicken (stations.txt). Anschließend wird mit Assign to ... ObjX die ISS dem benutzerdefinierten Objekt X zugewiesen. Nun öffnen Sie das "Sky-view"-Fenster und schalten am besten sämtliche unnötigen Markierungen, wie z. B. das Gitter, Galaxien etc., aus. Im Hauptfenster-Menü Data wählen Sie Search memory, define ObjX,Y,Z, und in dem Fenster wird das aktuelle ObjX – also ISS – angezeigt. Ein Klick auf Sky point zentriert und markiert die ISS nun im "Sky-view"-Fenster. Mit den Schiebereglern sollte dann der Anblick so eingestellt werden, dass die ISS am rechten Rand ist. Per rechter Maustaste über der ISS öffnen Sie das Popup-Menü und wählen Create Trail. Ins Feld Start tragen Sie am besten "Now" und als Intervall Custom 0:01 (eine Minute, sonst sind die Abstände der Bahnpositionen zu groß) ein. Number of tick marks kann auf 10 gesetzt werden, und ein Klick auf Ok zeichnet nun die Bahn der ISS am Nachthimmel (siehe Abbildung 7). Die Bahnelemente sollten nicht älter als wenige Monate sein, damit die berechneten Bahnpositionen nicht zu stark abweichen.

Abbildung 7: Die ISS-Bahnkurve am 8. März um 6 Uhr morgens

Außerirdisches

XEphem unterstützt auch Seti@home (Search for extraterrestrial intelligence at home) [11]. Das Projekt sucht mit Radioteleskopen nach Signalen außerirdischen (intelligenten) Lebens. Zur Analyse der riesigen Datenmengen vieler Frequenzen kann jeder seinen PC als Client über das Internet für eine gewisse Zeit zur Verfügung stellen. Mehr Informationen über Seti@home und ähnliche Projekte bietet [13].

Abbildung 8: Der Sternhaufen Plejaden bei aktiviertem GSC