Meteor Scatter: Verstärkung aus dem All

Es lohnt sich nicht nur für Funkamateure, sondern auch mal mit der ganzen Familie solche Sternschnuppenschauer optisch zu beobachten. Dazu sollte man einen Ort in der Region suchen, der möglichst dunkel ist. Leider ist die Lichtverschmutzung in dicht besiedelten Gegenden enorm, es ist also schwierig einen Ort zu finden, der hinreichend dunkel ist. Hilfreich sind Karten im Internet, die den Grad der Lichtverschmutzung anzeigen, z.B. https://www.lightpollutionmap.info oder https://darksitefinder.com/. Oder mal die lokale Astronomie-Gruppe fragen, wo die zur Beobachtung hinfahren… Egal ob Sie sich die Sternschnuppen angucken, anhören oder aktiv als Reflektor nutzen – wir wünschen viel Spaß und „Clear Skies“.

Als Funkamateur versucht man immer möglichst große Distanzen per Funk zu überbrücken. Dazu sind uns nahezu alle Mittel recht: gute Antennen, hinreichend Leistung, etwas Ahnung von Physik – und spezielle Phänomene in der Ionosphäre. Genau das passiert beim sogenannten Meteor Scatter. Als Ionosphäre bezeichnet man die oberen Schichten der Atmosphäre, sozusagen der dünnen Haut aus Luft, die die Erde umgibt. Üblicherweise erzeugt die Sonneneinstrahlung eine elektrische Ladung (Ionisierung) in bestimmten Höhen, das führt wiederum zu Reflektionen der Funkwellen an diesen ionisierten Schichten. So können wir bei ‚guten Bedingungen‘ (= passender Ionisierung) mit überschaubarem Aufwand andere Funkamateure in großen Entfernungen erreichen.

Nun gibt es neben der Sonneneinstrahlung noch andere Mechanismen, die eine elektrische Ladung der Ionosphäre erzeugen können. Ein solcher Effekt sind Meteore, die in die Erdatmosphäre eintreten. Dabei erhitzen sich die kleinen Gesteinsbrocken so sehr, dass sie verglühen – wir können eine Sternschnuppe sehen. Beim Verglühen entsteht Hitze, diese Energie sorgt in der dünnen Luft der oberen Atmosphäre ebenfalls für eine elektrische Ladung (Ionisierung). Und die ist stark genug, dass Funkwellen reflektiert werden! Also genau das was wir wollen. Der Unterschied zu normalen Reflektionen in der Ionosphäre: Diese reflektierenden Meteorspuren existieren oft nur wenige Sekunden, wohingegen die üblichen E- oder F-Schicht Reflektionen über Stunden oder Tage bestehen können.

Meteore treten jeden Tag auf, es gibt aber jährlich wiederkehrende Termine, an denen sie gehäuft zu sehen (und für uns zu hören) sind. Der Ursprung sind Kometen, die um die Sonne kreisen und die im Laufe der Jahrtausende viele Staubteilchen und kleinste Steinbrocken verloren haben. Diese bleiben auf der Bahn des Kometen zurück. Die Erde kreuzt diese Bahnen jedes Jahr zur gleichen Zeit, der Kometenstaub prallt auf die Atmosphäre und verglüht – ein Meteorschauer entsteht.

Einige der stärksten Meteorschauer im Jahr sind:

Die Quadrantiden von Ende Dezember bis Mitte Januar
Die Perseiden mit dem Maximum Mitte August
Die Geminiden in der ersten Dezemberhälfte

Der Name ergibt sich aus dem Sternbild, aus dessen Richtung die Sternschnuppen zu kommen scheinen.
Die Menge der auftretenden Sternschnuppen ist sehr unterschiedlich und schwankt auch jedes Jahr, aber in den besten Zeiten und an dunklen Stellen auf der Erde kann man 40 bis 50 Sternschnuppen pro Stunde sehen. Zu hören und für Funkamateure nutzbar sind meistens noch viel mehr Meteore, denn auch die, die keine sichtbare Spur hinterlassen, sind oft groß genug um eine Ionisationsspur zu erzeugen, die unser Funksignal reflektieren kann. Das Band aus Schutt und Staub, dass so ein Komet hinterlässt ist ziemlich breit. Deswegen dauern Meteorströme oft mehrere Tage. Manche haben ein ausgeprägtes Maximum, andere sind eher gleichmäßig über die Zeit verteilt. Die beste Zeit für Sternschnuppen und für uns Funkamateure ist die zweite Nachthälfte, also so grob ab Mitternacht und bis ca. 6 Uhr morgens. Das hat mit der Bewegung der Erde um die Sonne zu tun – nachts bewegt sich die dunkle Seite der Erde in den Staubstrom hinein, dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit von diesen kleinen Teilchen getroffen zu werden. Aber auch zu jeder anderen Zeit gibt es durchaus verwendbare Meteore, nur eben viel seltener. Das sind dann sich schnell bewegende Meteore, die schnell genug sind die Erde ‚einzuholen‘, und solche die zufällig im Weg unseres Planeten liegen.

Zur Funktionsweise:

Meteor Scatter wird nur auf den VHF und UHF Bändern gemacht (6m, 4m, 2m und 70cm). Auf Kurzwelle sind die Reflektionen zwar ebenfalls erkennbar, aber werden durch andere Effekte überlagert. Das am häufigsten genutzte Frequenzband ist 2m. Die Herausforderung beim Funkbetrieb über Meteor Scatter besteht darin, dass die reflektierenden Ionisierungs-Spuren nur wenige Sekunden bis (in seltenen Ausnahmen) 1 Minute bestehen. Man muss also in dieser zufällig auftretenden Reflektion möglichst schnell alle Daten für ein QSO (eine Funkverbindung) unterbringen. Früher hat man das per Telegrafie (Morsen) gemacht. Mit einem Tonband oder später per Computer wurde ein Morsetext sehr stark beschleunigt ausgesendet (400 bis 600 Zeichen/Minute!). Auf der Empfangsseite wurde ein Tonband verwendet das mit hoher Geschwindigkeit aufzeichnete. Nach einer festgelegten Periode wurde dann das Tonband stark verlangsamt abgespielt, die empfangenen Morsezeichen dekodiert, schnell die Antwort formuliert und nun seinerseits mit hoher Geschwindigkeit ausgesendet. Dieses Verfahren kostete viel Zeit und erforderte eine strenge Einhaltung der Funkdisziplin (wer sendet, wer hört wann). Außerdem war bei diesem Verfahren eine ziemlich hohe Sendeleistung und eine gute Antenne unbedingt vonnöten. Unter 300 bis 500 Watt brauchte man eigentlich kaum anzufangen, und die Antenne sollte auch schon eine große Yagi für UKW sein.

Moderne Zeiten digital

Dank der modernen Digitaltechnik sind die Anforderungen für die Teilnahme am Betrieb über Meteor Scatter deutlich kleiner geworden. Der Grund liegt in der Software-Entwicklung und in der heute preiswert zur Verfügung stehenden, sehr leistungsfähigen PC Hardware, um diese Software auszuführen.
Das Geheimnis ist die Modulationstechnik. So wurden schon vor längerer Zeit sehr robuste Verfahren entwickelt, die nur ein extrem kleines Signal-zu-Rauschen-Verhältnis benötigen, um sicher dekodiert werden zu können. Der Ursprung ist die Raumfahrt mit der Notwendigkeit extrem weit entfernt Raumsonden, die nur mit geringer Sendeleistung senden können, auf der Erde sicher zu empfangen. Dabei wird zwar nur eine geringe Datenübertragungs-Geschwindigkeit erreicht, aber das ist besser als gar keine wissenschaftlichen Daten mehr empfangen zu können. Das Extrembeispiel sind die Voyager-Sonden, die sich weit außerhalb der Bahn Plutos (Entfernung 22.9 Milliarden km) befinden und mit einer Sendeleistung von wenig mehr als 20 Watt senden. Hier empfängt das Deep Space Network der NASA Daten mit wenigen 100 bit/s (bit, nicht Kilo- oder Megabit!). Möglich wird das durch extrem ausgefeilte Modulationstechnik und sehr große Antennen, zumindest auf der Erde.

Es braucht also mehr als nur eine gute Antenne...
Doch auch ohne diese geht es nicht. Für den Scatter Betrieb auf 2m Band eignet sich bspw. die 9 Element 2m Yagi von YU1CF (Antenna Amplifiers). Für das 6m Band kann bspw. die 5 Element LFA3-HG Yagi von InnovAntennas verwendet werden. Um die kurzfristig und teilweise nur wenige Sekunden lang auftretenden Bandöffnungen optimal nutzen zu können, ist neben der Antenne ein guter Vorverstärker hilfreich. Hier bieten der SP200 sowie der SP600 Verstärkung auf dem 2m bzw. 6m Band für die entspechenden Frequenzbereiche von 144-146 MHz bzw. 50-52 MHz.