E8.3 Citizen Science
Niveau: K4 bis K5 Analysieren
Zeitbedarf: ca. 25 Minuten
Einstiegsfrage:
Raumfahrtagenturen haben riesige Antennen und viel Geld. Was kann eine einzelne Amateurfunkstation trotzdem zur Weltraumforschung beitragen?
Was ist Citizen Science?
Citizen Science heisst auf Deutsch «Bürgerwissenschaft». Interessierte Laien beobachten, messen und werten aus und helfen so bei wissenschaftlichen Projekten mit.
Funkamateure bringen dafür drei Stärken mit. Es gibt sie auf der ganzen Welt. Sie haben eigene Empfangsanlagen. Und sie können mit Frequenz, Zeit und Signalstärke sorgfältig umgehen.
Gerade die Verteilung ist wichtig. Eine Agentur hat wenige grosse Stationen. Viele kleine Stationen sehen ein Signal gleichzeitig von vielen Orten aus. Das ist für manche Fragen genau die Messung, die es braucht.
Drei Beispiele
Die folgenden Projekte stammen aus den Jahren 2011 bis 2014. Sie zeigen drei ganz verschiedene Arten der Beteiligung.
Drei Citizen-Science-Projekte mit Funkamateuren
| Projekt | Jahr | Organisation | Was Funkamateure taten | Ausgang |
|---|---|---|---|---|
| Plasma-Schatten-Experiment «Shadow» auf der ISS | 2011 | TSNIIMASH (Russland) | Pakete der ISS auf 145,825 MHz (FM, AX.25, 1200 bit/s) in festen Zeitfenstern empfangen und melden | [PRÜFEN: veröffentlichte Ergebnisse] |
| Juno Earth Flyby: «HI» an Juno | 9.10.2013 | NASA, Juno-Team | «HI» in Morsezeichen auf 28,001 bis 28,450 MHz senden (Lizenz nötig) | Empfang durch das Instrument «Waves» geplant [PRÜFEN: Ergebnis] |
| ISEE-3 Reboot Project | 2014 | AMSAT-DL (Sternwarte Bochum); ISEE-3 Reboot Project mit Skycorp | Träger der Sonde aus 42,8 Mio. km empfangen und erkannt; später Messdaten empfangen | Triebwerk versagte am 8.7.2014; Kontakt verloren am 16.9.2014 |
Quellen: AMSAT-UK (20.11.2011 und 9.10.2013), AMSAT-DL (ICE/ISEE-3), Wikipedia (International Cometary Explorer); alle abgerufen am 16.10.2026.
Das Plasma-Schatten-Experiment der ISS
Das russische Forschungsinstitut TSNIIMASH untersuchte auf der ISS, wie ein elektrisches Lichtbogentriebwerk (Arcjet) den Funkverkehr stört. Das Plasma im Abgasstrahl des Triebwerks kann Funkwellen abschatten. Am Boden entsteht dann eine Zone, in der das Signal der ISS ausfällt: der «Schatten».
Um die Form dieses Schattens zu messen, braucht es viele Empfänger an verschiedenen Orten. Deshalb bat das Projekt Funkamateure um Mithilfe (Experiment «Shadow», 2011). Die ISS sendete dabei Datenpakete auf 145,825 MHz (FM, AX.25 mit 1200 bit/s).
Die Teilnehmenden meldeten sich an, empfingen die Pakete in festgelegten Zeitfenstern und schickten ihre Empfangsberichte an das Projekt. Wer ein Paket empfing und wer nicht, war beides eine wertvolle Messung.
Prinzip des Experiments «Shadow» (2011): Die Meldungen vieler Stationen zeigen, wo der Funkschatten am Boden liegt. Eigene Prinzipgrafik nach Folie 26 von Michael Lipp, HB9WDF (USKA Academy 2017), nicht massstabsgetreu.
Juno sagt «HI»
Die NASA-Sonde Juno flog am 9. Oktober 2013 an der Erde vorbei, um Schwung für den Weg zum Jupiter zu holen. Funkamateure auf der ganzen Welt sendeten dabei gemeinsam das Wort «HI» in Morsezeichen.
Gesendet wurde im 10-m-Band zwischen 28,001 und 28,450 MHz. Die genaue Frequenz hing vom letzten Buchstaben des Rufzeichens ab. So verteilten sich die Signale über das Band.
Empfangen wurden die Signale vom Radio- und Plasmawellen-Instrument «Waves» an Bord von Juno. [PRÜFEN: veröffentlichtes Ergebnis von NASA/JPL zum empfangenen «HI»]
Für dich als Empfangsamateur gilt: Bei diesem Projekt war Senden nötig, und dafür braucht es eine Amateurfunklizenz. Das ist ein Thema von Kurs 2.
Das ISEE-3 Reboot Project
ISEE-3 ist eine NASA-Sonde aus dem Jahr 1978. Als ICE flog sie 1985 als erste Sonde durch den Schweif eines Kometen (Giacobini-Zinner). 1997 beendete die NASA den Betrieb.
Im März 2014 empfing die AMSAT-DL mit der 20-m-Antenne der Sternwarte Bochum den Träger der Sonde, auf 2217,493 MHz und aus 42,8 Millionen Kilometern Entfernung. Erkannt wurde er an Frequenz, Himmelsposition und Doppler-Verschiebung.
Ein privates Team (ISEE-3 Reboot Project, mit der Firma Skycorp) sammelte darauf per Crowdfunding rund 160 000 US-Dollar. Es baute ein Software-Radio an das Radioteleskop Arecibo an und nahm am 29. Mai 2014 Kontakt auf, 36 Jahre nach dem Start.
Am 2. Juli 2014 zündeten die Triebwerke zum ersten Mal seit 1987. Die nächste Zündung am 8. Juli scheiterte, vermutlich weil das Stickstoff-Druckgas fehlte. Das Team machte daraus eine «Interplanetary Citizen Science Mission» und sammelte Messdaten, bis der Kontakt am 16. September 2014 abbrach.
Datenqualität und Unsicherheit
Wenn viele Stationen messen, ist die Qualität sehr unterschiedlich. Eine Forscherin kann deine Daten nur verwenden, wenn sie weiss, wie genau sie sind.
Ein Messwert ohne Angabe der Unsicherheit ist deshalb nur ein halber Messwert. Die Tabelle zeigt typische Fehlerquellen bei einem Empfangsbericht.
Fehlerquellen in einem Empfangsbericht und Gegenmassnahmen
| Bereich | Fehlerquelle | Grössenordnung (Beispiel) | Gegenmassnahme |
|---|---|---|---|
| Zeit | Computeruhr geht falsch; Schweizer Zeit statt UTC | einige Sekunden bis 2 Stunden | Uhr mit Zeitserver abgleichen; immer UTC |
| Frequenz | Oszillatorfehler des Empfängers | 10 ppm ergeben bei 437,5 MHz 4,4 kHz | Mit einer bekannten Bake kalibrieren; Restfehler angeben |
| Frequenz | Doppler-Effekt | bis rund ±10 kHz bei 437 MHz (niedrige Umlaufbahn) | Zeitpunkt jeder Frequenzmessung angeben |
| Ort | Locator zu grob | vierstellig rund 150 km × 110 km; sechsstellig rund 6 km × 5 km | sechsstelligen Locator verwenden |
| Signalstärke | S-Meter nicht kalibriert | nicht zwischen Stationen vergleichbar | SNR in dB mit Bandbreite angeben |
| Übertragung | Abschreib- und Lesefehler | «20:85» auf der QSL-Karte von We Wish | digital erfassen; Plausibilität prüfen |
| Auswertung | Vermutung als Beobachtung ausgegeben | – | Beobachtung und Deutung getrennt aufschreiben |
Die Zahlen sind nachgerechnet: 437,5 MHz · 10 · 10⁻⁶ = 4375 Hz; Doppler 437,5 MHz · 7 km/s ÷ 299 792 km/s ≈ 10,2 kHz; Locator-Grössen für 47° nördlicher Breite.
Daraus ergeben sich vier einfache Regeln:
- Gib zu jedem Messwert die Einheit, die Methode und eine Schätzung der Unsicherheit an.
- Bewahre die Rohdaten auf (Ton- oder IQ-Aufnahme). Dann kann jemand deine Auswertung später wiederholen.
- Trenne Beobachtung und Vermutung. «Signal ab 20:31 UTC hörbar» ist eine Beobachtung. «Der Satellit hat einen Defekt» ist eine Vermutung.
- Dokumentiere Widersprüche, statt sie zu glätten (wie bei der Frequenz von We Wish in E8.1).
Im Simulator [LINK: Simulator] kannst du den Doppler-Verlauf eines Überflugs ansehen («Doppler Down» im 24-h-Verlauf). Achte darauf, wie das Vorzeichen beim höchsten Punkt des Überflugs wechselt. Das hilft dir bei der folgenden Kontrollfrage.
Kontrollfrage
Die Bake eines LEO-Satelliten hat laut Datenbank die Nennfrequenz 437,5050 MHz. Dein SDR zeigt während eines Überflugs:
- kurz nach AOS: 437,5158 MHz
- beim höchsten Punkt des Überflugs: 437,5068 MHz
- kurz vor LOS: 437,4978 MHz
Welcher Teil der Abweichung ist Doppler-Effekt, welcher ein Fehler deines Empfängers? Wie gross ist der Empfängerfehler in ppm?
Lösung anzeigen
Doppler-Effekt: Er ändert sich während des Überflugs und wechselt beim höchsten Punkt das Vorzeichen. Er ist bei AOS positiv (Satellit kommt näher) und bei LOS negativ (Satellit entfernt sich), hier je rund 9 kHz.
Empfängerfehler: Er bleibt während des ganzen Überflugs gleich. Du findest ihn als Mittelwert von AOS und LOS oder als Wert beim höchsten Punkt, wo der Doppler-Effekt nahezu null ist:
(437,5158 + 437,4978) / 2 = 437,5068 MHz. Abweichung: 437,5068 − 437,5050 = 0,0018 MHz = 1,8 kHz.
In ppm: 1800 Hz / 437,505 MHz = 4,1 ppm.
Für den Bericht: Gib die gemessenen Frequenzen mit Zeitpunkt an und vermerke: «Empfänger zeigt rund 1,8 kHz (4,1 ppm) zu hoch, bestimmt am höchsten Punkt des Überflugs.» Hinweis: Auch die Nennfrequenz der Datenbank kann ungenau sein; diese Unsicherheit gehört ebenfalls in den Bericht.
Merksatz:
Citizen Science lebt von vielen Stationen, aber nur dann, wenn jede ihre Daten mit Zeit, Ort, Methode und Unsicherheit liefert. Eine ehrliche Unsicherheit ist wertvoller als eine scheinbar genaue Zahl.