Institutsbericht 2010/2011 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...
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28 Bestimmung von Meteorflüssen mit MAARSY und Meteorradaren<br />
während der ECOMA-Geminiden-Kampagne <strong>2010</strong><br />
(C. Baumann, C. Schult, G. Stober)<br />
Die Geminiden sind ein Meteorschauer, der jährlich im Dezember auftritt und am 13./14. Dezember<br />
sein Maximum erreicht. Primäres Ziel der ECOMA-Geminiden-Kampagne <strong>2010</strong> war es, eine mögliche<br />
Variation der Meteorstaubpartikelkonzentration während des Meteorschauers zu untersuchen<br />
(siehe Kap. 29). Parallel dazu wurden erstmals mit MAARSY Meteorbeobachtungen durchgeführt.<br />
Außerdem konnte auf Daten des lokalen Standardmeteorradars zurückgegriffen werden. Während<br />
Standardmeteorradare nur den Schweif eines Meteors detektieren, ist es mit MAARSY möglich,<br />
Meteorkopfechos zu empfangen (siehe Abb. 28.1). Ein Meteorkopfecho tritt auf, wenn elektromagnetische<br />
Strahlung am Plasma des Meteorkopfes gestreut wird. Dieses Plasma entsteht beim<br />
Eintritt des Meteors in die Erdatmosphäre. Im Höhenbereich von 70 – 130 km liegen die Bedingungen<br />
vor, bei denen sich Plasma bilden kann. Die Reibung ist dabei so groß, dass der Meteor<br />
verdampft.<br />
8<br />
112<br />
112<br />
35<br />
6<br />
110<br />
range / km<br />
110<br />
108<br />
106<br />
104<br />
102<br />
100<br />
98<br />
96<br />
94<br />
92<br />
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5<br />
time / s<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
SNR/dB<br />
Θ y<br />
/ °<br />
4<br />
2<br />
0<br />
−2<br />
−4<br />
−6<br />
−8<br />
−5 0 5<br />
Θ x<br />
/ °<br />
108<br />
106<br />
104<br />
102<br />
100<br />
98<br />
96<br />
94<br />
altitude / km<br />
Abb. 28.1: (links) SNR eines typischen Meteorkopfechos, (rechts) Trajektorie eines Meteors, Θ ist die<br />
Zenitdistanz, die x-Achse zeigt in Richtung Osten, die y-Achse zeigt in Richtung Norden, das grüne Sechseck<br />
ist die Mehrdeutigkeitsgrenze.<br />
Während eines Meteorkopfechos wird die Signalamplitude und Phase für verschiedene Empfänger<br />
mit MAARSY aufgezeichnet. Mittels Interferometrie lässt sich daraus eine Trajektorie des<br />
Meteors im Strahlvolumen berechnen. Dazu werden die Phasendifferenzen zwischen Empfänger-<br />
paaren kombiniert, um den Ort des Messpunkts im<br />
Strahlvolumen zu bestimmen. In Abb. 28.1 sind links<br />
das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) eines Meteorkopfechos<br />
und rechts die Trajektorie desselben Echos<br />
dargestellt. Die Verdampfung des Meteors beginnt in<br />
der Hauptkeule des Radarstrahls und hält so lange<br />
an, dass der Meteor ebenfalls in einer Nebenkeule<br />
detektiert wird. Die roten Kreise auf der Abb. 28.1<br />
(rechts) sind Bereiche mit sehr geringem Antennengewinn.<br />
Neben dem verschwindenden SNR (Abb. 28.1<br />
links) verifizieren auch die wenigen Messpunkte im<br />
Bereich der roten Kreise die Minima des modellierten<br />
Strahlprofils von MAARSY.<br />
number of meteors<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
10 20 30 40 50 60 70 80<br />
velocity / km/s<br />
Abb. 28.2: Histogramm der Meteorgeschwindigkeiten<br />
der Meteorkopfechos.<br />
Ist die Trajektorie des Meteors bekannt, kann seine absolute Geschwindigkeit berechnet werden.<br />
Das Experiment zur Meteorbeobachtung lief im Zeitraum vom 07. 12. bis 20. 12. <strong>2010</strong> als ein<br />
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