Simulation der Lichtkurven orbitaler Objekte und Vergleich mit Messungen

Kurzfassung

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung des Rotationsverhaltens von Weltraumschrott anhand realer und simulierter Lichtkurven. Die realen Lichtkurven wurden am Forschungsobservatorium auf der Uhlandshöhe in Stuttgart (UFO) im Jahr 2016 aufgenommen. Ein Schwerpunkt der Arbeit bildet die Entwicklung des Simulationsprogramms RaxusPrime zur Erzeugung von simulierten Lichtkurven. Dabei wird realitätsgetreu und dreidimensional die Beobachtung von bekanntem Weltraumschrott mit Hilfe der Bahndaten aus dem NORAD Katalog rekonstruiert. Mit dem Simulationsprogramm ist es möglich, unter Verwendung geeigneter Rotationsparameter reale Lichtkurven näherungsweise nachzubilden. Untersucht wurden simulierte Lichtkurven einfacher geometrischer Grundkörper mit unterschiedlichem Rotationsverhalten im Orbit des Geosynchronous–Earth–Orbit (GEO) und Low–Earth–Orbit (LEO). Hieraus leitet sich folgende Erkenntnis ab: Lichtkurvenverläufe sind grundsätzlich von der Größe und Helligkeit der Flächenprojektion eines Körpers relativ zum Beobachter abhängig. Das wird wiederum durch sein Rotationsverhalten beeinflusst. Während im GEO die Amplituden nahezu konstant verlaufen, zeigt der Amplitudenverlauf im LEO eine glockenförmige Form auf. Dieser Verlauf wird durch das Rotationsverhalten mit einer höherfrequenten Helligkeitsschwankung überlagert. Verwendete Methoden zur Frequenzbestimmung sind in der Lichtkurvenanalyse die Fast–Fourier–Transformation (FFT) und das Lomb–Scargle Periodogramm. Beide Methoden wurden in der vorliegenden Arbeit auf ihre Anwendbarkeit bei simulierten und realen Lichtkurven geprüft. Die analysierte Lichtkurvenfrequenz ist proportional zur Rotationsfrequenz und ergibt sich aus der Symmetrie des Körpers um die Drehachse. Je nach Einbeziehung der Symmetrie ähneln die Frequenzwerte realer Lichtkurven den in der Forschungsliteratur gefundenen Werten.