Die Wissenschaft hinter Log On Globe

Die Position des Mondes stammt aus einer gekürzten Version der ELP2000/Meeus-Mondtheorie, die periodische Terme seiner Bahn summiert, um seine genaue Richtung und Entfernung von der Erde zu jedem Zeitpunkt zu bestimmen. Dieselbe Berechnung erkennt Sonnen- und Mondfinsternisse, indem sie die Ausrichtung zwischen Sonne und Mond sowie die Größe des Erdschattens misst. In den weiten Erdansichten wird der Mond näher und größer als in Wirklichkeit gezeichnet, damit er sichtbar bleibt; in den Mondmissionsansichten wird er zu einem zweiten, vollständig maßstabsgetreuen Mond in seiner echten Entfernung und mit wahrem Radius, nah genug, damit ein Raumschiff tatsächlich hinfliegen und ihn umkreisen kann. Mehr dazu weiter unten unter „Maßstab und Größen“.

Die Ausrichtung des 3D-Globus wird einmal beim Laden der App festgelegt und weist ungefähr zu deiner eigenen Region. Was sich tatsächlich bewegt, ist das Licht: Die Richtung der Sonne wird jeden Frame aus der aktuellen (echten oder simulierten) Zeit neu berechnet und zur Beleuchtung des Globus verwendet, was denselben visuellen Effekt wie eine rotierende Erde erzeugt, ohne den Aufwand, sie zu animieren. Die optionale Zeitzonen-Überlagerung funktioniert genauso, gezeichnet aus echten Zeitzonengrenzen, die du in den Einstellungen aktivieren kannst.

Die Jahreszeiten ergeben sich direkt aus der Sonnenberechnung. Während der subsolare Punkt im Laufe des Jahres nach Norden und Süden wandert, ist eine Tagundnachtgleiche der Moment, in dem er den Äquator überquert, und eine Sonnenwende der Moment, in dem er seinen entferntesten Punkt erreicht (den nördlichen oder südlichen Wendekreis). Log On Globe findet jeden dieser Zeitpunkte aus demselben Sonnendeklinationsmodell, das die Tag/Nacht-Grenze zeichnet, und inszeniert sie dann als kurze Szenen.

Beide Arten ergeben sich aus derselben Sonne-Mond-Geometrie. Bei einer Sonnenfinsternis zieht der Mond vor die Sonne, und die App stellt sie auf der Sonnenscheibe selbst dar: eine totale Verdunkelung, umringt von der Korona, ein ringförmiger „Feuerring“ oder ein teilweiser Biss, je nach Ausrichtung und Entfernung des Mondes. Bei einer Mondfinsternis zieht der Mond durch den Schatten der Erde und wird rot, und das Ergebnis variiert stark von einer Finsternis zur nächsten, aus zwei voneinander unabhängigen Gründen. Die Tiefe (die Kernschattengröße) ist, wie zentral der Mond den Schatten durchquert: Ein nahezu zentraler Durchgang verschluckt die ganze Scheibe über eine Stunde lang in tiefem Rot, ein streifender Durchgang lässt einen Rand hell und dauert nur Minuten. Die Farbe wird auf der Danjon-Skala von 0 bis 4 eingestuft, von einem hellen kupferfarbenen Orange bis hinunter zu einem matten, fast unsichtbaren Dunkelbraun (die dunkelsten Finsternisse folgen tendenziell auf große Vulkanausbrüche). Jede katalogisierte Finsternis wird aus ihrer eigenen echten Kernschattengröße und ihrem Danjon-Wert dargestellt, sodass eine tiefe dunkle Finsternis und eine flache helle wirklich unterschiedlich aussehen.

Eine Polarlicht-Szene folgt der echten Abfolge der Ereignisse. Eine Sonneneruption bricht auf der Sonne aus, schleudert einen koronalen Massenauswurf (eine CME) durch den Raum, und die App animiert diese Teilchenwolke auf ihrem Weg zur Erde. Wenn sie ankommt, treibt sie einen stilisierten Lichtvorhang-Effekt über den Polen an, heller und bis zu niedrigeren Breitengraden reichend bei stärkeren Stürmen. Die Sturmstärke ist der echte Kp- / G-Skala-Wert des katalogisierten Ereignisses, aus dem auch die Titel der benannten Stürme stammen.

Der Hintergrundhimmel besteht aus zwei Schichten. Ein feiner Schleier aus Zehntausenden von Punkten ist rein dekorativ und nur dazu da, dem Himmel Tiefe zu geben. Darüber liegen die echten Sterne: die Hauptsterne aller 88 Sternbilder, platziert an ihrer echten Position am Himmel (ihrer Rektaszension und Deklination), in der Größe nach ihrer echten Helligkeit und eingefärbt in ihrer echten Farbe, vom Blau-Weiß der heißesten Sterne bis zum Orange-Rot der kühlsten. Sie verwenden dieselbe Himmelsdrehung wie Sonne und Mond, sodass sich der ganze Himmel korrekt mit der Uhrzeit und dem Zeitregler dreht und vertraute Figuren (der Gürtel des Orion, der Große Wagen, das Kreuz des Südens) an der richtigen Stelle liegen. Fahre mit dem Zeiger über einen Stern, um die Linien seines Sternbilds einzublenden und seinen Namen, seinen Typ, seine Entfernung in Lichtjahren und seine Helligkeit abzulesen. Das diffuse Band, das sich über den Himmel spannt, ist eine echte Karte der Milchstraße von der NASA, und einige Deep-Sky-Objekte (ferne Galaxien und Nebel) erscheinen als echte Fotografien in ihrer echten Größe am Himmel. Die Sternentfernungen sind die bestbekannten Katalogwerte, und wir korrigieren nicht die winzige Verschiebung der Positionen über die Jahre, die bei diesem Maßstab unsichtbar ist.

Die ISS wird anhand ihrer echten, aktuellen Bahnelemente verfolgt (eines „TLE“ bzw. Two-Line-Element-Satzes), die regelmäßig von CelesTrak abgerufen und mit dem SGP4-Modell in die Zukunft propagiert werden, demselben Standard, den Satellitentracker weltweit verwenden. Das liefert die echte Position der Station im Orbit zu jedem beliebigen Zeitpunkt, keine simulierte Näherung. Ihre Größe auf dem Bildschirm ist absichtlich übertrieben (siehe „Maßstab und Größen“ weiter unten), da eine Station von der Länge eines Fußballfeldes neben der Erde sonst nur ein winziger Punkt wäre.

Historische SpaceX-Crew-Dragon-Missionen nutzen die echte Bahnverfolgung der ISS wieder und verwenden die tatsächliche Position der Station zum Zeitpunkt jeder Mission. Die kurzen An- und Abdockmanöver der Dragon (wenige hundert Meter, im Maßstab des Globus nicht wahrnehmbar) werden nicht physikalisch simuliert, sondern als sanfter, realistischer Zug zur Station hin oder von ihr weg gezeichnet. Die Mondmissionsschiffe (Apollos Kommando- und Mondlandemodule, Artemis' Orion, Starship) und ihre Trägerraketen (Saturn V, SLS, Falcon 9, Super Heavy) sind echte 3D-Modelle, die entlang eigens erstellter Trajektorien fliegen. Wie diese Bahnen aufgebaut werden, ist die nächste Frage.

Das hängt von der Mission ab. Objekte im Erdorbit nutzen echte Daten: Die ISS und Hubble werden aus aktuellen TLEs via SGP4 propagiert, und das James-Webb-Teleskop folgt einer echten JPL-Horizons-Ephemeride. Die Position des Mondes stammt überall aus der echten Meeus-Mondtheorie. Die zislunaren Reisen sind jedoch eine andere Geschichte. Der Hinflug zum Mond, die Mondumlaufbahn, ein Free-Return-Vorbeiflug oder ein Near-Rectilinear-Halo-Orbit sowie die Rückkehr und der Wiedereintritt sind keine vollständige Bahnmechanik: Es gibt hier keinen Propagator für eine translunare Trajektorie. Sie sind eigens erstellte, realistische Kurven (glatte parametrische und Catmull-Rom-Bögen, an jeder Verbindungsstelle geglättet), abgestimmt auf den echten Zeitplan und die echten veröffentlichten Zahlen (die Phasenverhältnisse von Apollo 11, die Vorbeiflughöhe von 6.513 km bei Artemis II und so weiter). Sie krümmen sich zur tatsächlich berechneten Position des Mondes bei der Ankunft hin, und einige echte Ereignisse (wie die etwa 58° große Kursänderung bei der translunaren Injektion) werden bewusst scharf gehalten, während der Rest zur besseren Betrachtbarkeit geglättet wird.

Beide werden wie die anderen Satelliten verfolgt, aber auf sehr unterschiedlichen Bahnen. Hubble sitzt im niedrigen Erdorbit und wird aus seinem aktuellen TLE mit SGP4 propagiert, genau wie die ISS. Das James-Webb-Weltraumteleskop umkreist einen Punkt weit jenseits des Mondes (den Sonne-Erde-L2, etwa 1,5 Millionen km entfernt), sodass ein TLE nicht anwendbar ist; es folgt stattdessen einer echten JPL-Horizons-Ephemeride und wird in dieser wahren Entfernung platziert. Beide Modelle werden etwas größer als maßstabsgetreu gezeichnet, um sichtbar zu bleiben.

Im Maßstab von Log On Globe entspricht eine Bildschirmeinheit einem Erdradius, sodass alles, was in wahrer Größe neben dem ganzen Planeten gebaut wäre, ein einzelnes Pixel oder weniger wäre. Überall dort, wo das passieren würde, wird das Objekt gerade so weit vergrößert, dass es erkennbar ist, und nur in den weiten Ansichten, wo es nötig ist. Die Sonne behält ihre wahre Entfernung, aber ihre Scheibe ist übergroß und wird in konstanter scheinbarer Größe gehalten (mit einer kleinen zusätzlichen Verstärkung für die Sonnenaufgangs-Einstellungen von ISS und Dragon). Der Mond ist in den weiten Erdansichten etwa fünf- bis sechsmal größer als in Wirklichkeit, springt aber in den Mondmissionsansichten auf seinen wahren Radius und seine wahre Entfernung, wo er nah genug ist, um das Bild ehrlich auszufüllen. Die ISS und Hubble werden etwa dreimal so groß wie in Wirklichkeit gezeichnet. Jedes bemannte Raumschiff folgt derselben Faustregel und wird so bemessen, dass es sich vor dem schwarzen Raum abhebt; die Startstapel (Saturn V, SLS, Falcon 9, Super Heavy) werden weiter verkleinert, damit die ganze Rakete ins Bild passt, und Kapseln beginnen beim Start kleiner und wachsen nach der Trennung wieder auf volle Größe. Nichts davon wird jemals als maßstabsgetreu dargestellt.

Es ist eine Mischung. Die Sonne und der Mond stammen aus echten, aber vereinfachten astronomischen Modellen, typischerweise genau auf einen Bruchteil eines Grades. Die Positionen von ISS, Hubble und Webb sind nur so genau wie ihre zugrunde liegenden Bahndaten, die regelmäßig aus öffentlichen Quellen aktualisiert werden. Die zislunaren Missionsbahnen sind realistische Illustrationen statt integrierter Bahnmechanik. Kurz gesagt: Diese Modelle sind für eine flüssige, glaubwürdige Echtzeit-Visualisierung gebaut, nicht für die Navigation oder wissenschaftliche Nutzung, und überall dort, wo wir vereinfachen oder vergrößern, haben wir versucht, es zu sagen.