Tranzyty ISS przed tarczą Słońca i Księżyca

Niemal każdy z nas, choć raz w życiu, widział na nocnym niebie bardzo jasny, punktowy obiekt szybko przesuwający się wśród gwiazd. To Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) w czasie swojego kolejnego przelotu nad Ziemią. Ponieważ w sprzyjających okolicznościach jasność stacji może wynieść nawet -5^mag, przeloty takie są bardzo efektowne i często stają się motywem zdjęć miłośników astronomii. Jednak w tym artykule zajmiemy się nieco innymi zjawiskami związanymi z przelotami ISS.

Dane ISS
Data wyniesienia	20.11.1998
Wymiary	109 x 73 x 27,5 m
Orbita	397,8 x 408,2 km, nachylenie 51,6°
Czas obiegu	92,6 min.

W odróżnieniu od przelotów nocnych, w czasie których, aby dostrzec ISS, musi być ona oświetlona przez Słońce, chciałbym zwrócić uwagę na dwa, niezwykle ciekawe, zjawiska, które możemy obserwować niezależnie od pory dnia i warunku oświetlenia stacji. Są to tranzyty ISS przed tarczą Słońca i Księżyca. Wydawać by się mogło, że z powodu ciągłego ruchu obrotowego Ziemi, ruchu własnego Słońca i Księżyca po sferze niebieskiej, ich stosunkowo niewielkich rozmiarów kątowych oraz dużej szybkości orbitalnej ISS, zjawiska takie są niezwykle rzadkie i ekstremalnie trudne do zaobserwowania. Jednak sytuacja nie jest tak beznadziejna, jakby wynikało z powyższych warunków. Okazuje się, że z danego miejsca na Ziemi, o ile tylko dopisze pogoda, można zaobserwować w ciągu roku wiele tranzytów, zarówno dziennych, jak i nocnych. Oczywiście, wiąże się to z koniecznością przemieszczania się, tzw. gonienia tranzytów, ale często odległości pomiędzy aktualnym miejscem pobytu, a centralną linią tranzytu są niewielkie, nie przekraczając 20-25 kilometrów.

Przygotowania
Aby zostać skutecznym łowcą tranzytów, należy mieć dokładnie wyliczoną efemerydę każdego z nich. Tu, z pomocą przychodzi serwis www.calsky.com, który jest doskonałą pomocą w planowaniu obserwacji tranzytów ISS, a szerzej, niezwykle rozbudowaną aplikacją kalkulującą, obejmującą wszystkie najważniejsze zjawiska rozgrywające się na niebie. Na jej podstawie przedstawię kolejne kroki w przygotowaniach do obserwacji i rejestracji tranzytów ISS przed tarczą Słońca i Księżyca oraz wyjaśnię najważniejsze pojęcia.

Strona CalSKY dostępna jest jedynie w języku angielskim i niemieckim. Dlatego ważne jest dokładne zapoznanie się ze słownictwem wykorzystywanym w opisie efemeryd, by w pełni zrozumieć i wykorzystać otrzymane dane. Ale najpierw musimy przejść przez proces rejestracji, który, choć nie jest obowiązkowy, bardzo ułatwi nam w przyszłości posługiwanie się serwisem.

Proces rejestracji jest prosty i przejrzysty, choć dość długi opisowo. Kluczowe jest dokładne zaznaczenie na mapie Google Earth swojego stałego miejsca obserwacji/pobytu, by efemerydy były wiarygodne. Pokrótce przedstawię kolejne kroki rejestracyjne:

1. ustalenie pozycji geograficznej,
2. ustalenie strefy czasowej,
3. ustalenie stanu doświadczenia astronomicznego,
4. ustawienia dodatkowe (opcjonalne),
5. ustawienia związane z adresem e-mail.

Po przejściu powyższych kroków wystarczy nacisnąć „go!” i gotowe. Na podany przez nas adres e-mail powinniśmy otrzymać link aktywacyjny, a po aktywacji informację o założeniu konta z jego szczegółami.


Jesteśmy zatem gotowi do generowania efemeryd. Z głównego, górnego menu wybieramy Satellites, a następnie Internat. Space Station ISS z rozwiniętego podmenu (Rys. 1). Otwarta strona zawiera u góry po lewej stronie okienka wyboru daty i godziny oraz okres na jaki chcemy skalkulować zjawiska (Select duration). Poniżej znajduje się krótki wstęp oraz informacje o ISS i jej orbicie, wraz z „wiekiem” danych (Age Elements). Zwróćmy uwagę na mały semafor – w czytelny sposób pokazuje on użyteczność danych i ich wpływ na wyniki kalkulacji tranzytów w przypadku efemeryd, w szczególności na okresy zaczynające się później niż około tydzień od aktualnej daty. W przypadku semafora pokazującego zielone światełko, możemy być pewni dokładności efemerydy, a światełka żółte i czerwone oznaczają stopień niepewności obliczeń. Jak się dalej okaże, CalSKY sam czasem sygnalizuje niepewność kalkulacji.


Pod tymi informacjami znajduje się tabelka, która jest dla nas istotną częścią obliczania tranzytów. Jest to selekcja zjawisk, które CalSKY ma uwzględniać w kalkulacji. Nas interesują jedynie tranzyty i bliskie przeloty dotyczące Słońca i Księżyca. W tym przypadku, zaznaczenia powinny wyglądać tak, jak na załączonym zrzucie ekranowym (Rys. 2). Opcja z wyborem stopni kątowych lub kilometrów dotyczy maksymalnej odległości kątowej ISS od środka (!) tarczy Słońca/Księżyca lub maksymalnej odległości ustalonego w CalSKY miejsca obserwacji od linii centralnej tranzytu. Te informacje ustawiamy według uznania, choć ja bazuję na ustawieniu odległości kątowej 1,5°. Po wybraniu opcji klikamy „go!” i czekamy na wygenerowanie listy zjawisk.

Interpretacja efemeryd
Po chwili obliczeń CalSKY generuje tabelę z tranzytami, które odpowiadają naszym wytycznym. Przeanalizujmy dwa przykłady, których terminy są bliskie dacie bieżącej, czyli w tym przypadku 27 lutego 2015. Miejsce obserwacji ustawiłem na okolice wsi Jeziory Wielkie w Wielkopolsce. Po wybraniu okresu kalkulacji 1 miesiąc, CalSKY pokazał dwa zjawiska, które prezentuję na zrzucie ekranowym (Rys. 3).


Pierwszy bliski przelot (dotyczący Słońca), który możemy obserwować jako tranzyt, nastąpi 3 marca o godzinie 9.04.47,33 (przy tranzytach dokładność wcale nie jest śmiesznie wysoka!). Drugie zjawisko to tranzyt na tle tarczy Księżyca w dniu 11 marca o godzinie 6.47.24,51. W tym przypadku mamy szczęście znajdować się bezpośrednio w pasie tranzytu. Obydwa zjawiska bazują na aktualnych danych orbitalnych i nie są obarczone błędem pomiaru. Jednak każdą efemerydę należy koniecznie zweryfikować krótko przed zjawiskiem, najlepiej bezpośrednio przed wyjazdem w teren. Może się okazać, że czas zjawiska będzie się różnił od wyliczonego wcześniej o kilka sekund! Przy tranzycie trwającym 1-2 sekundy jest to różnica kolosalna, wpływająca na powodzenie obserwacji.

Klikając na odnośnik (link) ISS w kolumnie Object (Link), przechodzimy do strony z mapą nieba pokazującą zjawisko oraz ze szczegółowymi danymi, które nie są nam niezbędne do zaplanowania obserwacji. Sama mapa jest przydatna, bo unaocznia przebieg zjawiska, a mając w głowie ten widok, łatwiej nam zrozumieć i przygotować obserwację. Mapę można spersonalizować dzięki tabelce znajdującej się nad mapą, co polecam, by mapa stała się jak najbardziej czytelna. Warto poeksperymentować! Zrzuty ekranowe (Rys. 4 i 5) pokazują przebieg wliczonych przez CalSKY zjawisk widzianych oczami obserwatora znajdującego się na wcześniej ustalonej pozycji geograficznej. Jak widać, w przypadku obydwu zjawisk istnieje możliwość poprawienia warunków obserwacyjnych, o czym za chwilę.

Kolumna Event zawiera podstawowe informacje na temat danego zjawiska, z których część jest dla nas bardzo ważna. Niektóre z nich, dotyczące wzajemnego położenia ISS i Słońca/Księżyca, ładnie pokazała nam już mapa nieba. Dodatkową informacją jest tu rozmiar kątowy ISS – Angular diameter, wyrażony w sekundach łuku. Pozwala on na obliczenie wielkości obrazu ISS na matrycy. W drugiej części informacji znajdują się następujące, ważne dla nas, dane dotyczące centralnej linii tranzytu: dystans od linii centralnej do obserwatora (Distance), kierunek, w którym musimy się udać, by znaleźć się na linii centralnej (Azimuth), szerokość pasa tranzytu (width) oraz maksymalny czas trwania zjawiska tranzytu (max. duration). W przypadku zjawisk „księżycowych” przydatną informacją jest wysokość Słońca nad horyzontem (Sun elevation) oraz elongacja Księżyca (Elongation from Sun).

Przykłady
W przykładzie pierwszym mamy do czynienia z bliskim przelotem przy tarczy Słońca, przy odległości ISS od środka tarczy słonecznej wynoszącej niecały stopień (Separation=0.993°), co przekłada się na odległość linii centralnej od obserwatora wynoszącą ponad 50 km (Distance=50.29 km). Jednak szerokość pasa tranzytu 13,5 km (width=13.5 km) redukuje nam nieco odległość, jaką musimy przejechać, by zarejestrować choć krótki moment tranzytu. Natomiast jeśli zdecydujemy się na pokonanie 50 km i ustawienie się na linii centralnej, zarejestrujemy tranzyt trwający 1,3 sekundy (max. duration=1.3 s). Informacją dodatkową jest azymut i kierunek geograficzny (południe-południowy wschód) najbliższego nam punktu na linii centralnej (Azimuth=150.6° SSE).



Drugi przykład to tranzyt na tle Księżyca w miejscu obserwacji. Odległość kątowa ISS od środka tarczy Księżyca wyniesie ok. 0,2° (dokładnie 0,197°), a tranzyt potrwa 1,83 sekundy. Ważną informacją jest to, że przelot ISS będzie oświetlony, a jasność stacji wyniesie -1,9^mag. Ten parametr, w połączeniu z informacją o wysokości Słońca nad horyzontem (tu: +4°) oraz elongacji Księżyca (tu: 120°), pozwoli nam na ocenę czy stacja będzie widoczna na niebie gołym okiem w czasie przelotu. Szczególnie w nocy, tranzyt podczas przelotu oświetlonego jest łatwiejszy do „opanowania” w terenie, ponieważ widzimy zbliżającą się do Księżyca stację ISS. W przypadku przelotów nieoświetlonych działamy „po omacku”, bazując jedynie na wskazaniach zegarka. Ale wróćmy do omawiania przykładów. W przykładzie drugim pozytywnie nastrajają kolejne dane: linia centralna przechodzi jedynie 6 km na północny zachód (NW) od miejsca obserwacji, co pozwala na zaplanowanie miejscówki bliżej tej linii. Pas tranzytu będzie miał szerokość 19,7 km, a maksymalny czas trwania wyniesie 2,9 sekundy. Oznacza to, że przemieszczając się na linię centralną zyskujemy ponad sekundę na czasie tranzytu.



Przypatrzmy się teraz odnośnikom w kolumnie Event. Klikając na Centerline przechodzimy do strony z mapą Google Earth z naniesioną pozycją obserwatora i wykreśloną linią centralną. Ta przejrzysta wizualizacja pozwoli nam na dokładne zaplanowanie regionu/miejsca obserwacji w przypadku pogoni za tranzytem. Zauważmy, że do okienek wyboru daty i czasu dochodzi nam jeszcze jedno: Select interval. Dotyczy ono linii centralnej i pozwala na określenie interwału czasowego kolejnych momentów wybranego zjawiska. Dane, skalkulowane z zadaną częstotliwością, widoczne są w tabeli pod mapą, a punkty na linii centralnej im odpowiadające widoczne są na mapie. Im większy interwał, tym mniej danych w tabeli i mniej punktów widocznych na linii centralnej. Rozkład punktów na linii centralnej bardzo przejrzyście pokazuje nam dynamikę zjawiska w odniesieniu do powierzchni Ziemi. Polecam porównanie wizualizacji z interwałem o wartości 0,1 sekundy i 1 sekundy. Mapy dotyczące dwóch rozpatrywanych zjawisk załączam jako zrzuty ekranowe (Rys. 4A i 5A). Z odnośnikiem closest point należy postępować ostrożnie, na szczęście po jego kliknięciu wyskakuje okienko potwierdzające jego wybór. Przekierowuje nas on na stronę z mapą nieba tranzytu i jednocześnie zmienia miejsce obserwacji na najbliższy nam punkt linii centralnej. Skutkuje to koniecznością ponownego wprowadzenia naszego miejsca obserwacji w przypadku kalkulacji innych zjawisk. Dużo bezpieczniej jest kliknąć na odnośnik ->Map. Otwiera on nową stronę z mapą satelitarną okolic najbliższego nam punktu linii centralnej, co pozwala na ocenę czy warto się tam przemieszczać ze względu na charakterystykę terenu i stan jego urbanizacji. Dla unaocznienia niepewności kalkulacji¹ w dłuższych okresach czasowych, zamieszczam też zrzut ekranowy efemerydy (Rys. 6) skalkulowanej na prawie dwa miesiące przed datą zjawiska. W kolumnie Event widnieje informacja, że czas tranzytu jest niepewny w granicach 7 minut!


Obserwacje
Kiedy przeanalizowaliśmy już efemerydy i nadszedł czas tranzytu, musimy się do niego przygotować. Niezależnie od tego, czy będzie to tranzyt dzienny czy nocny, na tle Słońca czy Księżyca, kluczowe jest zsynchronizowanie naszego zegarka z czasem lokalnym (CET/CEST) co do sekundy. Ja wykorzystuję do tego zegar na stronie www.heavens-above.com znajdujący się w ramce w prawym górnym rogu strony. Zegarek, to w przypadku tranzytów, nasza podstawowa pomoc obserwacyjna. Przy zjawisku trwającym 1-3 sekund, dokładności nigdy nie za wiele.

Co do sprzętu optycznego, można już zaczynać z prostymi teleobiektywami fotograficznymi o ogniskowej od 300 mm, jednak zalecam sprzęt optyczny o ogniskowych od 600 mm wzwyż, co zapewni odpowiednio duże odwzorowanie. W przypadku teleskopów ważnym parametrem jest także apertura, która odpowiada za rozdzielczość obrazu. Dobrym wyborem będzie np. refraktor apochromatyczny o średnicy 80 mm, teleskop Maksutowa 90-127 mm, czy nawet teleskop Newtona o aperturze 150 mm czy 200 mm. Rozpiętość sprzętowa jest ogromna, choć warto wypośrodkować możliwości optyczne i kompaktowość. Mniejszy sprzęt jest stabilniejszy i łatwiejszy w opanowaniu, a także mobilniejszy, co w przypadku tranzytów ISS ma niebanalne znaczenie. Tranzyty można też nagrywać, wykorzystując do tego aparaty czy kamery, można też po prostu obserwować przez lornetkę lub teleskop, ale w tym artykule skupimy się na fotografowaniu.

Wybór sprzętu fotograficznego również pozostawiam do indywidualnego rozpatrzenia, jednak zalecam lustrzanki cyfrowe z trybem seryjnym o szybkości co najmniej 4-5 klatek na sekundę obsługujące karty pamięci o szybkim transferze danych. Zapewni nam to komfort uchwycenia tranzytu ISS na co najmniej kilku klatkach. Warto sprawdzić czy nasz aparat umożliwia wykonywanie zdjęć seryjnych przy wykorzystaniu bezprzewodowego pilota. Jeśli nie, pozostanie nam trzymanie palca na spuście migawki przez cały czas trwania tranzytu. Jednak nie powinno to wpłynąć niekorzystnie na ostrość zdjęć, ponieważ czasy ekspozycji będą bardzo krótkie.

Ostatnią, lecz wcale niebłahą, sprawą jest wybór montażu teleskopu lub statywu fotograficznego na aparat z teleobiektywem. Musi być on solidny, stabilny, z możliwością płynnej i pewnej regulacji ustawienia. Dobrze sprawdzi się tu montaż azymutalny w przypadku lżejszych teleskopów, montaż paralaktyczny dla cięższych teleskopów, czy olejowa głowica wideo dla aparatów z teleobiektywem.

Pisząc o fotografowaniu tranzytów z wykorzystaniem teleskopu rozumiem fotografię w ognisku głównym (pamiętajmy o odpowiednim pierścieniu T2 do podłączenia lustrzanki).

Spakowani i uzbrojeni w dokumentację tranzytu i mapkę okolic, w które się udajemy, możemy ruszać. Zaplanujmy odpowiednio wczesny start – lepiej być na miejscu pół godziny przed zjawiskiem i spokojnie się rozstawić, niż mieć 5 minut na przygotowania w terenie i nerwowe ruchy. Oczywiście, najgorzej się spóźnić! Mając zapas czasowy będziemy przygotowani na niezależne od nas trudności w dotarciu na miejsce, czy szybką zmianę miejscówki spowodowaną nieprzewidzianymi okolicznościami na wybranej przez nas wcześniej. I, co najważniejsze, będziemy mieli czas na przetestowanie różnych kombinacji czasów migawki i wartości przysłony. Zdecydowanie zalecam korzystanie z pełnego trybu manualnego M.

Przygotowując się na tranzyt „słoneczny”, pamiętajmy o zachowaniu zasad bezpieczeństwa – bezwzględnie koniecznym wyposażeniem musi być aperturowy (obiektywowy) (filtr słoneczny, niezależnie od tego, czy planujemy fotografować przez teleskop czy teleobiektyw. Zalecam wykorzystanie folii mylarowej Baader Planetarium ND5 do wykorzystania wizualnego, by móc w razie czego bezpiecznie spojrzeć na Słońce przez wizjer aparatu. Nie jest to bezpieczne przy korzystaniu z folii fotograficznej ND3.8. W sprzedaży są również (filtry szklane w dopasowanych oprawach.

Na kilka minut przed tranzytem warto sprawdzić poprawność działania sprzętu, ustawić Słońce/Księżyc w środku kadru i na ok. minutę przed zjawiskiem jeszcze raz skorygować to ustawienie. Patrząc na zsynchronizowany zegarek, na około sekundę lub dwie przed czasem zjawiska wyzwalamy migawkę w trybie seryjnym na kolejne kilka-kilkanaście sekund. Po zwolnieniu migawki poczekajmy aż aparat zakończy proces zapisu zdjęć na karcie i możemy zacząć przeglądać zdjęcia w poszukiwaniu klatek, na których zarejestrowało się zjawisko tranzytu. Zapewniam, że po ich znalezieniu na naszej twarzy zagości szeroki uśmiech i odczujemy wielką satysfakcję z zarejestrowania tak ulotnego i krótkiego zjawiska.

Tranzyt ISS na tle tarczy Księżyca w nocy 6/7 lutego 2015²
Poniżej prezentuję trzy klatki z pierwszego zarejestrowanego przeze mnie tranzytu ISS na tle tarczy Księżyca w nocy 6/7.02.2015. Przygotowałem się na to zjawisko bardzo starannie, a i tak do końca nie byłem pewny rezultatów. Jednak okazało się, że dobra synchronizacja zegarka w połączeniu z komfortowym zapasem czasowym na próby sprzętowe to prosty przepis na powodzenie akcji. W ramce podałem najważniejsze parametry sesji. Teraz wydaje mi się, że mogłem ustawić nieco krótszy czas migawki, ale, jak to się mówi, pierwsze koty za płoty. Na zdjęciach dość wyraźnie widać ISS, ale od razu rzuca się w oczy niedostateczna rozdzielczość i skala obrazu, dlatego tak ważna jest odpowiednia apertura i ogniskowa.

Dane dla zarejestrowanego tranzytu
Współrzędne miejscówki	52.316276 N, 16.851379 E
Detektor	Nikon D5100 z kartą SDHC I SanDisk Ultra
Obiektyw	Tamron 70-300 mm
Wykorzystane parametry	f=300 mm, f/8, ISO200, 1/640 sek.

Jeśli porównamy załączoną mapkę tranzytu CalSKY ze zdjęciami, widać godną podziwu zgodność efemerydy z rzeczywistym przelotem. Warto też zwrócić uwagę, że zarejestrowany przeze mnie tranzyt miał miejsce podczas przelotu nieoświetlonego. Tranzyt oświetlony da inny obraz ISS na tle tarczy, o czym należy pamiętać. Jaki? Najlepiej spróbować i przekonać się samemu!

Kończąc, zachęcam wszystkich do prób obserwacji i rejestracji tranzytów ISS, jako aktywnej i emocjonującej odskoczni od żmudnych obserwacji nocnych. Jedynym czynnikiem, który może zniweczyć dobrze zaplanowaną akcję polowania na tranzyt jest pogoda. No, ale na nią nie mamy żadnego wpływu. Możemy jednak śledzić rozwój sytuacji pogodowej na animacjach ze strony www.sat24.com i na bieżąco planować ewentualną zmianę miejsca obserwacji.

Życzę powodzenia!

---

¹W skrajnych przypadkach może się okazać, że parametry przelotu zmieniły się na tyle, że przestał on spełniać warunek maksymalnej odległości kątowej lub odległości w kilometrach od linii centralnej i w ogóle nie pojawi się w tabeli zjawisk!
²Więcej na ten temat tu: Historia dwóch tranzytów ISS