Athuganir á brautum gervihnatta yfir Íslandi fyrir hálfri öld, og njósnarinn í Norðurmýrinni...

 

 

 

Athuganir á brautum gervihnatta yfir Íslandi fyrir hálfri öld...

 

Aðdragandinn...

Þessar athuganir hófust í ágústmánuði 1964. Aðdragandinn var sá að eftir eldflaugaskot Frakka á Mýrdalssandi fyrr um sumarið (http://agbjarn.blog.is/blog/agbjarn/entry/477982/) voru Dr. Þorsteinn Sæmundsson stjörnufræðingur á Háloftadeild Raunvísindastofnunar Háskólans og  Dr. Ágúst Valfells kjarnorkuverkfræðingur, sem var þá forstöðumaður Almannavarna, á lokafundi med Frönsku visindamönnunum ásamt öllum íslenskum aðilum sem höfðu aðstoðað  Frakkana við geimskotin, þegar Þorsteinn minntist á við Ágúst að hann væri að leita að einhverjum á Íslandi til að fylgjast með brautum gervihnatta frá Íslandi.  Þannig var mál með vexti að Desmond King-Hele sá um rannsóknir á vegum Royal Society í Englandi á áhrifum efstu laga lofthjúps jarðar á brautir gervihnatta og fékk í því skyni nokkra sjálfboðaliða til aðstoðar um víða veröld. Ágúst minntist á ungan mann  Hjálmar Sveinsson sem hafði starfað sem sumarmaður hjá honum og var með brennandi áhuga á eldflaugum og geimferðum, og hafði skrifað nokkrar blaðagreinar um þau mál.

Málin fóru nú að snúast, og tækjabúnaður, þar á meðal stuttbylgjuviðtæki, 7x50 handsjónauki (heppilegur fyrir notkun í myrkri), tvö mjög nákvæm stoppúr, Norton‘s Star Atlas stjörnukortabók, ásamt mjög nákvæmum stjörnukortabókum, Atlas Coeli og Atlas Borealis í stóru broti barst til Raunvísindastofnunar. Dr. Ken Fea kunningi Þorsteins kom við á Íslandi á leið sinni til Bandaríkjanna og tók Hjálmar í kennslustund. Þeim tókst að mæla braut eins gervihnattar og á leið sinni frá Bandaríkjunum kom Ken Fea aftur við á Íslandi og notaði þá tækifærið til að aðstoða Hjálmar. Eftir það var gatan greið og Hjálmar mældi fjölda gervihnatta þar til hann fór til náms í verkfræði erlendis einu ári síðar, en þá tók Ágúst H Bjarnason við starfinu þar til hann fór til náms í verkfræði erlendis haustið 1969. Síðla sumars 1970 kenndi Hjálmar ungum manni frá Keflavík, en tækjabúnaðinum var skilað til Englands árið 1974. (Því miður muna hvorki Þorsteinn, Hjálmar né Ágúst nafnið á unga manninum og væru upplýsingar vel þegnar).

Desmond Hing-Hele var m.a. formaður nefndar á vegum Royal Society  sem stóð að þessum rannsóknum.  Hann fæddist árið 1927 og stundaði m.a. nám í eðlisfræði við háskólann í Cambridge. Hann hefur samið  nokkrar bækur um fagsvið sitt: A Tapestry of Orbits, Observing Earth Satellites, Satellites and Scientific Research, Theory of Satellite Orbits in an Atmosphere.  Einnig er hann höfundur bókanna Shelley: His Thought and Work, Doctor of Revolution and Erasmus Darwin: A Life of Unequalled Achievement, svo og tveggja ljóðabóka.  Hann starfaði um árabil hjá Royal Aircraft Establishment í Farnborough við rannsóknir á þyngdarsviði jarðar og efstu lögum lofthjúpsins með rannsóknum á brautum gervihnatta.  Fyrir þær rannsóknir hlaut hann Eddington viðurkenninguna frá Royal Astronomical Society. Hann var valinn Fellow of the  Royal Astronomical Society árið 1966.   Viðtal við Desmond King-Hele er hér.

 

Framkvæmd athugana...

Þessar athuganir hér á landi fóru þannig fram að um það bil einu sinni í mánuði kom þykkt umslag frá Orbits Group, Radio and Space Research Station í Slough, Englandi.  Þetta var tölvuútskrift á töfluformi með spám um ferla nokkurra gervihnatta.

Þegar heiðskírt var og útlit fyrir að gervihnettir sæjust voru þessi gögn tekin fram og þau skimuð í leit að gervihnetti sem færi yfir Ísland það kvöld.  Ef líklegur gervihnöttur fannst þurfti að framkvæma nokkra útreikninga og teikna síðan með blýanti áætlaða braut hans í Nortion‘s stjörnuatlas.  Rýnt var í kortið og fundnar stjörnur þar sem braut gervihnattarins færi nálægt. 

Um 10 mínútum áður en gervitunglið myndi birtast for athugandinn út, kom sér eins þægilega fyrir og hægt var, og kannaði brautina sem útreiknuð hafði verið með sjónaukanum til að vera tilbúinnn.  Þegar gervitunglið birtist i sjónaukanum var tunglinu fylgt þangað þar til að það fór á milli eða nálægt auðþekkjanlegum stjörnum, og stoppúrið sett i gang á því augnabliki.  Síðan var farið inn, og staðsetningin gervitunglsins þegar stoppúrið var sett af stað ákveðin, yfirleitt í Atlas Borealis.  Þegar staðsetning hafði verið ákveðin var stoppúrið stöðvað á tímamerki frá WWV tímamerkjasendingu á stuttbylgju.  Þá þurfti einungis að draga gangtíma stoppúrsins frá tímamerkingunni og var þá staðsetningin og tíminn sem hún var tekin þekkt.

Þessum upplýsingum var svo safnað inn í skjöl sem fylgdu með gervitungla spánum frá Slough, og voru þau send til baka til Englands þegar nokkru magni mælinga hafði verið safnað saman.

Það má geta þess að á þessum tíma var ljósmengun á höfuðborgarsvæðinu miklu minni en í dag. Götulýsingu og flóðlýsingu bygginga var stillt í hóf. Þá mátti sjá tindrandi stjörnur yfir Reykjavík og börnin lærðu að þekkja stjörnumerkin. Nú er öldin önnur og stjörnurnar að mestu horfnar í mengunarský borgarljósanna.

 

Skondin atvik...

Geimrannsóknir í Garðahrepp

Þessi saga gerðist í kjallara gömlu Loftskeytastöðvarinnar á Melunum. Þar sátu þeir Hjálmar, Ken Fea og Þorsteinn Sæmundsson. Ken var að fara yfir aðferðafræðina við gervitunglaathuganir og var að teikna brautir hnattanna inn á eyðublöðin sem við notuðum. Umhverfis okkur voru kortabækurnar, stuttbylgjuviðtæki, sjónaukar, o.fl. Þá birtist fréttamaður frá einu dagblaðanna (við skulum sleppa öllum nöfnum svo enginn fari hjá sér)  sem kom til að taka viðtal við Þorstein um sovéskan gervihnött sem nýlega hafði verið skotið á loft.  Þegar hann sá okkur ásamt öllum búnaðinum umhverfis okkur spurði hann hvað við værum að gera. Ken og Þorsteinn reyndu að útskýra málið fyrir fyrir honum, og meðal annars að Hjálmar byggi í Garðahreppi (Garðabæ í dag) og þar væri ljósmengun miklu minni en í Reykjavík sem gerði athuganir miklu auðveldari.

Næsta dag birtist risafyrirsögn í dagblaðinu: „Geimkapphlaupið nær til Íslands“. Í greininni var fjallað um hve flóknar og merkilegar þessar athuganir á gervihnöttum væru, og að búnaðurinn sem til þyrfti væri svo næmur að jafnvel borgarljósin myndu trufla þessar athuganir. Þetta þótti þeim félögum meira en lítið fyndið.

 

Njósnarinn í Norðurmýrinni

Þegar þetta gerðist var Ágúst unglingur í menntaskóla. Hann hafði reyndar haft allnokkurn áhuga á geimnum  frá því er hann sá með eigin augum Sputnik-1, sem var fyrsti gervihnötturinn, sveima yfir Íslandi árið 1957 þegar hann var 12 ára. Það var ekki löngu síðar sem hann stóðst ekki mátið og smíðaði einfaldan stjörnusjónauka úr pappahólk, gleraugnagleri og stækkunargleri.  Með þessum einfalda sjónauka sem stækkaði 50-falt mátti sjá gíga tunglsins og tungl Júpiters. Síðan voru liðin nokkur ár ár og enn var geimáhuginn fyrir hendi. Nóg um það...

Fimm árum síðar: Það hafði vakið einhverja athygli í Norðurmýrinni að um það bil einu sinni í mánuði bar pósturinn  þykkt brúnt umslag í húsið. Umslagið var með mörgum útlendum frímerkjum, og á því stóð með stórum svörtum stöfum On Her Majesty‘s Service.  Þetta þótti í meira lagi undarlegt, og ekki bætti úr skák að í sama húsi bjó landsþekktur alþingismaður. Sögur fóru á kreik. Einhver hafði séð skuggalega úlpuklædda mannveru liggja í sólstól í garðinum og beina einhverju dularfullu tæki sem hann hélt með annarri hendi  til himins.  Í hinni hélt hann á einhverju silfurlituðu. Stundum sást skin frá litlu vasaljósi þegar maðurinn laumaðist til að líta á litinn minnismiða. Skyndilega hljóp maðurinn inn. Þetta hafði einhver séð oftar en einu sinni. Oftar en tvisvar.  Hvað var eiginlega á seyði? - Dularfullur póstur, í þjónustu Hennar Hátignar, Royal Society, frægur vinstrisinnaður stjórnmálamaður, myrkraverk í garðinum, undarleg hljóð úr stuttbylgjuviðtæki, morse...  Þetta var orðið virkilega spennandi...  Det er gaske vist, det er en frygtelig historie! skrifaði H.C. Andersen í frægu ævintýri. Ekki var þetta neitt skárra.   Hvað var að gerast í þessu húsi?

Síðan spurðist sannleikurinn út:    Iss - þetta voru bara lítt spennandi athuganir á brautum gervihnatta. Ekkert merkilegt. Dularfullu tækin sem maðurinn hélt á voru víst bara sjónauki og stórt stoppúr. Hann þóttist vera að glápa á gervihnetti. Dularfullu hljóðin komu frá stuttbylgjuviðtækinu þegar verið var að taka á móti tímamerkjum; „...this is WWV Boulder Colorado, when the tone returns the time will be exactly...“ heyrðist annað slagið, og þess á milli ...tikk...tikk...tikk...tikk...   Reyndar var pilturinn líka radíóamatör og það útskýrði morsið  sem stundum heyrðust fram á rauða nótt, en þá var hann að spjalla við vini sína úti í hinum stóra heimi.  Þetta var ekki mjög spennandi, en mörgum árum síðar gerðust mjög dularfullir og óhuggulegir atburðir í kjallara sama húss, atburðir sem voru festir á filmu. - Mýrin.

 

Fylgst með brautum gervihnatta í kolniðamyrkri undir tindrandi stjörnuhimni. Athugandinn er með öflugan handsjónauka og stoppúr fyrir tímamælingu.

 

 

Sputnik 1 gervihnettinum var skotið á loft frá Baikonur í Rússlandi 26. október 1957. 

 

 

Echo 2 gervihnötturinn sem skotið var á loft 24. janúar 1964 var 41m í þvermál og því mjög bjartur á himninum.  Þessi hnöttur var í raun eins konar málmhúðaður loftbelgur sem sendur var á braut umhverfis jörðu og var notaður sem spegill til að endurvarpa útvarpsbylgjum aftur til jarðar.

 

Desmond Hing-Hele stærðfræðingur.  Hlusta má á viðtöl við hann hér.

 

 

Umslögin sem bárust reglulega með tölvureiknuðum spám um brautir nokkurra gervihnatta voru reyndar öllu stærri en þetta, eða rúmlega A4. 

 

 

Í þessari bók er fjallað um mælingar á brautum gervihnatta, m.a. með handsjónauka.

 

 

Í bókinn eru myndir af ýmsum eyðublöðum sem notuð voru til að spá fyrir um braut gervihnattarins á stjörnuhimninum fyrir ofan höfuðborgarsvæðið.

 

Síða úr Nortons kortabókinni.

 

 

 

Síða úr Atlas Coeli kortabókinni. Þessi stjörnukort voru upphaflega handteiknuð af framhaldsnemum við stjörnuathugunarstöðina  Observatórium Skalnaté Pleso í Slovakíu seint á fimmta áratug síðustu aldar. Þessi kort voru álitin þau bestu fáanlegu um það leyti sem gervihnattaathuganirnar fóru fram frá Íslandi.

 

Atlas Coeli kortabókin var í mjög stóru broti eins og sú stærri sem er á myndinni.

 

 

Ágúst er hér að stilla Eddystone  stuttbylgjuviðtækið sem fylgdi verkefninu á tímamerkja útsendingar WWV stöðvarinnar sem var í Boulder Colorado í Bandaríkjunum. Stöðin sendi m.a. út á 15 MHz sem yfirleitt heyrðist best hér á landi. Þetta voru örstuttir púlsar sendir með sekúndu millibili, en lengri púls á heilum mínútum. Nákvæm tímasetning athugana skipti sköpum við þessar mælingar og var áríðandi að æfa sig vel.

 

 

Í bók Desmond King-Hele er lýst hvernig athugandinn notaði stjörnur á himninum til að staðsetja braut gervihnattarins sem verið var að mæla.  Á því augnabliki sem gervihnötturinn skar línu sem dregin var milli tveggja stjarna, sem fundnar höfðu verið á stjörnukortinu og ætlunin var að hafa til viðmiðunar, var nákvæmt stoppúr ræst. Einnig mátt miða við eina stjörnu ef gervihnötturinn fór mjög nærri henni.

 

Nákvæmni athugana...

Óhjákvæmilega vaknar spurningin, hve nákvæmar voru þessar athuganir, sérstaklega þegar haft er í huga að notast var við einföld tæki? Svarið kemur örugglega á óvart. Samkvæmt King-Hele gat vanur athugandi náð 1/100 sekúndna tímanákvæmni og um ½° staðarnákvæmni. Við töldum okkur ná með nokkurri vissu um 1/10 sekúndna tímanákvæmni, en til þess þurfti nokkra þjálfun.
Til fróðleiks sýnir taflan hér fyrir neðan nokkrar aðferðir og tækjabúnað sem notaður er við  við gervihnattaathuganir.

 

Samkvæmt þessari töflu eru sjónrænar athuganir með góðum handsjónauka mjög nákvæmar (200 metrar miðað við 1000 km fjarlægð, eða 1:5000 eða 0,02%), og það krefst þess að notaður sé dýr og flókinn tækjabúnaður til að ná betri árangri. Í stað 11x80 handsjónauka var notaður heldur minni sjónauki, eða 7x50, en á móti kemur að gervihnettirnir sem fylgst var með voru ekki í meiri fjarlægð en 500 km.

 

 

Að lokum...

Pistill þennan um einn þátt geimrannsókna frá íslandi fyrir hálfri öld tóku þeir Hjálmar og  Ágúst saman árið 2015. Báðir eru þeir nú rafmagnsverkfræðingar, Hjálmar í Bandaríkjunum og  Ágúst á Íslandi.  Minna má á annan pistil sem fjallar um geimskot Frakka á Íslandi árin 1964 og 1965 þar sem báðir voru viðstaddir.  Sjá hér:  http://agbjarn.blog.is/blog/agbjarn/entry/477982/

 

 

Á myndinn efst á síðunni eru nokkrar skammstafanir:

LEO = Lower Earth Orbit: Allt að 2.000 km hæð.

MEO = Medium Earth Orbit: 2.000 - 35.000 km hæð.

GEO = Geostationary Earth Orbit: 35.786 km hæð.