StarParty Pfalzen/Falzes

Yesterday I have been an invited speaker at the Star Party 2018 in Pfalzen/Falzes in South Tyrol Italy.

I use this post to thank my former teacher Christof Wiedemair for the invitation. For me it has been a confidence boost - the audience was engaged and interested, like this it's fun to give a talk!

Star Party of the Dolomites still goes on on the Weekend, so if anybody around is interested on an insight of amateur astronomy, have a look at this Facebook event page - (Warning: Goes to Facebook) or the Empiricamente Event page.

I am honestly impressed by the passion and the professionalism of those people. It's worth going there!


Thanks again Christof, I'm looking forward to more opportunities like this 🙂


Sentinel-2 is on the way

The new Sentinel-2B satellite by ESA has started tonight at 2:49 MECT from the ESA Spaceport in French Guiana.

Sentinel is a multi-billion-euro (8-9 billion euros up to 2020) project in order to provide images of land, oceans and waterways. The data is open access and can be used by anyone.


That's a short update, I will write more about the Sentinel satellites soon


[UPDATE 28.03.2017]
Picture credit: ESA/ATG medialab

Looking at Venus and Mars

Maybe some of you have noticed a bright spot in the morning and evening hours at the sky - That's Venus.
Venus has a fixed position in human culture, often referred as "morning star" and "evening star".

A friend of mine noticed, that there is as well a second bright spot, like a "shadow" visible from Innsbruck - Interesting! Let's have a look in Stellarium:

Venus and Mars are currently visible

That's actually Mars. They both are in a fortunate constellation, so that one can observe both of them at the same time in the morning and evening hours.

So people, go outside and have a look. And when you see two bright spots at the morning and evening sky you look at two planets of our solar system.

Perseid Meteor Shower

On a nice, cloudless night in Mid-August one can observe a beautiful spectacle of nature: The Perseid showers.

Perseid Shower - Creadit APOD
Perseid Shower over Mount Shasta - Creadit APOD

According to Bill Cooke from NASA this year will be exceptional good, where normal rates are somewhere between 50-75 meteors per minute, this year we could have peaks up to 150 and even 200 meteors per minute.

The meteors appear to originate from the constellation Perseus, giving the shower it's name.  In reality the meteor comes from a debris field, left behind of 109P/Comet Swift-Tuttle. The comet was already known by the Chinese in 188.
The shower can be seen as Shooting Stars, leaving a small trail of ionized gas behind them.

During the whole travel through the debris field in July and August one can see the Perseid shower, but in the range from 12. - 13. August there will be a maximum. The peak is expected on 12. August between 13:00 and 15:00 UTC.

For HAM-operators this peak is interesting. Because of the increase ionisation of the Ionosphere, sporadic-E-Emission are way more likely to happen. Also long echoes in the 2m band are possible during the Perseid shower.

ESO: White dwarf heats up red dwarf with electron beam

Today ESO revealed a new type of exotic binary stars: A red dwarf that is heated by a magnetised white dwarf - It's like a lash punching every 1.97 Minutes at the poor red dwarf. The discovery was rewarded with a publication in Nature1.

The white dwarf is for some reasons highly magnetised and can therefore accelerate electrons to relativistic velocities ("almost lightspeed") - These display a huge energy flow that can heat up the nearby red dwarf every half spinning time.

This artist’s impression shows the strange object AR Scorpii. In this unique double star a rapidly spinning white dwarf star (right) powers electrons up to almost the speed of light. These high energy particles release blasts of radiation that lash the companion red dwarf star (left) and cause the entire system to pulse dramatically every 1.97 minutes with radiation ranging from the ultraviolet to radio.
This artist’s impression shows the strange object AR Scorpii. In this unique double star a rapidly spinning white dwarf star (right) powers electrons up to almost the speed of light. These high energy particles release blasts of radiation that lash the companion red dwarf star (left) and cause the entire system to pulse dramatically every 1.97 minutes with radiation ranging from the ultraviolet to radio. Credits: ESO

The star system has already been found 40 years ago but was mistakenly falsely categorised as variable single star. Amateur-astronomers found peculiarities and follow-up professional observations revealed the true nature of the object.

Details can be found on the ESO page. An because it's beautiful, I also link the video to the artist impression here.

1 "A radio pulsing white dwarf binary star" - T. Marsh et al., to appear in the journal Nature on 28 July 2016.

Heidelberg - Gamma 2016 conference

Heidelberg_Trees
A city in the middle of woods

A city in the middle of the woods. That’s my impression about Heidelberg 🙂

I’ve been there for about a week for the Gamma 2016 conference – Maybe one of the most important conferences in the lifespan of my PhD thesis.

Going to conferences is hard work – They ware in the famous city halls, and that;s also the place where I’ve spend most of the time.

Apart from a half afternoon I’ve been entirely busy the whole week, therefore I had not the camera with me – so here’s the only picture that I made with my smartphone

 

Heidelberg_VonOben
Impression - Heidelberg from the castle's garden

A small note on the conference

The conference itself was very good frequented, every one of the latest gamma-ray experiment and mission was there

And also some gamma-related experiments, that are not directly connected

... and some more 🙂

I was really impressed by the significance maps of HAWK. The experiment at a Mexican volcano runs for about a year now and has already some nice benchmark results to show. Impressive – let’s see how far they come within the next years.

H.E.S.S. showed that CT5 is working and we are now in the H.E.S.S. II phase, and FERMI reflected also about the famous FERMI-Bubbles. This are just some topics of the conference, the amount of new things was overwhelming and I will need some time to reflect about everything I’ve learned.

Stay in touch, there are lots of new things on the way from the Gamma-ray sky!

Lots of question remain unanswered, the quest of understanding our cosmos continues. We have not yet seen any signatures of Dark Matter, although it must be most certainly there, the nature of cosmic rays is still not fully understood and the diffuse emission in the Milky Way (topic of my PhD thesis) is also a huge construction site. The outlook on the performance of the CTA Observatory (Cherenkov telescope array) is exciting, and will bring new insights in the nature of cosmological effects and objects.

So,Heidelberg was nice, the conference was very fruitful but now I’m glad that I can go back home 🙂

It will take me some weeks to cover all the impressions of this week 


Greetings,
Phoenix

Air Shower

In meinem letzten Beitrag ging es darum, was wir ĂŒberhaupt mit H.E.S.S. machen.
Wir betreiben hier in Namibia also Gamma-Astronomie und beobachten jene Lichtblitze, die entstehen, wenn ein Gamma-Teilchen in die ErdatmosphÀre eindringt. In diesem Beitrag möchte ich etwas detaillierter auf die Entstehung der Teilchenkaskade eingehen, die ein einfallendes Gamma-Teilchen produziert.

Los geht's! 🙂

Cosmic Air shower

Oder: Was passiert eigentlich mit den Gammas in der ErdatmosphÀre?

Wir wissen also vom letzten Beitrag, dass die Gamma-Strahlung von der ErdatmosphÀre abgeschirmt wird und nicht direkt den Boden erreicht. Was genau passiert also mit den Teilchen in der ErdatmosphÀre?

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Illustration eines Air Showers - Quelle: University of Adelaide

Beginnend in einer Höhe von etwa 40 km hat die AtmosphĂ€re genug Teilchen (Atome oder MolekĂŒle), mit denen ein einzelnes Gamma-Photon zusammenstoßen kann. Bei jedem Stoß gibt das Gamma-Teilchen einen Teil seiner Energie ab und es werden neue Teilchen erzeugt. Da die neuen Teilchen immer noch sehr sehr viel Energie haben, können diese durch StĂ¶ĂŸe wiederum neue Teilchen produzieren, wie immer noch viel Energie haben, nochmals stoßen und dabei immer noch neue Teilchen produzieren. Wir erhalten also eine regelrechte Kaskade von StĂ¶ĂŸen, bei dem immer mehr, verschiedene Teilchen produziert werden. Die Zusammenfassung aller Teilchen, die durch alle StĂ¶ĂŸe produziert werden, wird als Cosmic Air Shower (oder Extensive Air Shower) bezeichnet.

Wir wissen nun also, dass ein hochenergetisches kosmisches Teilchen in der ErdatmosphÀre sogenannte Extensive Air Shower produziert. Nun gibt es allerdings nicht nur Gamma-Lichtteilchen, die in der AtmosphÀre wechselwirken, sondern auch andere Teilchen wie z.B. Elektronen oder Protonen. Auch diese verursachen Air Shower. Allerdings haben die Air Shower unterschiedliche Formen, je nach Urpsrungsteilchen. So kann man einen Protonen-Shower von einem Gamma-Shower unterscheiden und sich auf die Teilchen konzentrieren, an denen man interessiert ist.

Teilchenkaskade

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Teilchenkaskade (Schematisch) - By Mpfiz - originally from nl.wikipedia CC BY 3.0

Die ersten Teilchen, die bei einem Air Shower produziert werden sind hauptsÀchlich Pionen und auch einige Kaonen und Baryonen. Pionen und Kaonen sind Elementarteilchen, die nicht stabil sind und daher wieder in andere Teilchen zerfallen.

Aus den neutralen Pionen entstehen entweder wieder Gammas, die wiederum eine Kaskade triggern können. Aus den geladenen Pionen entstehen die entsprechenden Myonen und ihre Anti-Neutrinos. Myonen können wir mit H.E.S.S. detektieren, da sie einen charakteristischen Cherenkov-Lichtkegel hinterlassen. So tief möchte ich hier allerdings nicht in die Physik einsteigen.

Im weiteren Verlauf entstehen Elektronen-Positronen-Paare, Protonen, Neutronen, Gamma-Teilchen, Pionen, Myonen, Kaonen, die wiederum Stoßen können und dadurch neue Teilchen produzieren. Ein einzelnes einfallendes kosmisches Teilchen kann also eine ganze Kaskade, also eine Reihe von weiteren Reaktionen auslösen.

Stossprozess
Illustration eines möglichen Stoßprozess. Ein einfallendes Teilchen streut am Coulomb-Potential eines Atoms. Die Energie ist ausreichend, um neue Teilchen zu produzieren.

Irgendwann werden die neu produzierten Teilchen nicht mehr genug Energie haben, um bei StĂ¶ĂŸen weitere Teilchen zu produzieren. Von diesem Moment an, nimmt die IntensitĂ€t der Stoßkaskade ab. Diesen Punkt nennt man den Shower Maximum.

Zusammengefasst: Ein eintreffendes Teilchen hat genug Energie, um eine Kaskade auszulösen, bei der durch StĂ¶ĂŸe in der AtmosphĂ€re immer mehr verschiedene Teilchen produziert werden. Diese Teilchen können wiederum durch Stoßprozesse weitere Teilchen produzieren, bis irgendwann die ursprĂŒngliche Energie aufgebraucht ist. Die entstehenden Teilchen werden als Cosmic Air Shower bezeichnet.

WeiterfĂŒhrend verlinke ich hier den englischsprachigen Wikipedia Artikel.

GammaPicture
Und so schaut ein Air Shower dann in der Kamera aus

Air Showers in der Kamera

Wenn man denn eine geeignete Kamera hat, denn diese Lichtblitze sind so schwach, dass man sie weder mit normalen Auge, noch mit einer handelsĂŒblichen Digitalkamera aufnehmen kann. DafĂŒr braucht man Photomultiplier, also einzelne Elektronenröhren, die so sensibel sind, dass sie fast einzelne Lichtteilchen (Photonen) aufnehmen können. Und genau dafĂŒr wurde H.E.S.S. gebaut. Um die Lichtblitze in der AtmosphĂ€re zu fotografieren und auszulesen, die von einzelnen sehr hochenergetischen Gamma-Photonen erzeugt werden und damit dann ein Spektrum zu generieren, mit dem dann Wissenschaft betrieben wird.

WeiterfĂŒhrende Links

H.E.S.S. - Was machen wir hier eigentlich?

Nach den letzten BeitrĂ€gen die eher ein Erlebnisbericht waren, widme ich die nĂ€chsten BeitrĂ€ge der ErlĂ€uterung, warum in den Khomas Highlands ĂŒberhaupt so ein großes Teleskop (eigentlich vier große und ein GROßES) steht und was wir damit machen.

Was machen wir hier eigentlich?

H.E.S.S. ist eines der erfolgreichsten Experimente der Astroteilchenphysik. Was es so erfolgreich macht ist einfach die Tatsache, dass es ein sehr großes, bodengebundene Teleskop fĂŒr Gamma-Strahlung ist. Wir beobachten hier also Gamma-Strahlung. Doch was ist das genau?

Gamma-Strahlung

Das Licht wird in ein Spektrum unterteilt - Ein Spektrum kann man sich wie einem Regenbogen vorstellen: Man kann es in unterschiedliche Komponente aufspalten, die unterschiedliche Energie haben. Die einzelnen Komponente nehmen wir mit dem menschlichen Auge dabei als Farbe wahr. Jede Farbe besteht aus Lichtteilchen mit einer ganz bestimmten Energie: Rotes Licht (WellenlÀnge 600 nm) hat beispielsweise Photonomen mit etwa 2.0 eV, blaues Licht (400 nm) etwa 3.1 eV. Wenn wir mit einem Prisma nun weisses Licht in seine Bestandteile aufspalten, so können wir das gesamte Spektrum in Form eines Regenbogens sehen.

Mit dem menschlichen Auge können wir nur einen sehr geringen Teil des gesamten Spektrums sehen (Siehe Grafik unten). Mit verschiendenen Teleskopen können wir auch andere Teile des Spektrums sichtbar machen und dadurch in verschiedene Energiebereiche des Kosmos blicken. Denn rotes Licht hat weniger Energie als blaues Licht, und blaues Licht weniger Energie als beispielsweise UV-Licht. Vom UV-Licht geht's dann zunÀchst zum Röntgenlicht und irgendwann spÀter dann zum Gamma-Licht. Gamma-Strahlung ist so ziemlich die hÀrteste Strahlung, die es gibt und wird nur von zerstörerischsten KrÀften wie einer Kernwaffe oder eben astrophysikalischen Quellen erzeugt.

Electromagnetic_spectrum_c
Spektrum des Lichts (Quelle: Wikipedia)

GlĂŒcklicherweise stellt die ErdatmosphĂ€re eine relativ gute Abschirmung von Gamma-Strahlung. Praktisch keine der eigentlichen Gamma-Photonen erreichen den Erdboden, sondern werden in der ErdatmosphĂ€re abgeblockt. Das ist gut fĂŒr uns Menschen, aber schlecht fĂŒr die Gamma-Astronomie - Daher waren auch viele Gamma-Experimente als Satelliten im Orbit, um das Gamma-Licht aufzunehmen, bevor es von der ErdatmosphĂ€re verschlungen wird (Siehe: Explorer 11, Vela, OSO-3, COS-B, Fermi, ...)
Nun, wenn die ErdatmosphĂ€re so effektiv darin ist, Gamma-Strahlung abzuschirmen, wie kann dann bodengebundene Gammastrahlen-Astronomie ĂŒberhaupt funktionieren?

Gamma-Schematics
Schematische Darstellung, wie Gammastrahlen-Astronomie funktioniert
GammaPicture
So sieht ein Gamma-Teilchenshower in der Kamera aus

Die Antwort darauf ist Cherenkov-Licht, dasselbe Licht, das auch in den Wassertanks von Kernreaktoren als blaues Licht zu sehen ist. Denn alles was viel Energie hat, und abgebremst wird, hinterlĂ€sst Spuren. Und genau nach diesen Spuren halten wir hier Ausschau. Im Vergleich zu Satelliten, welche die Gamma-Strahlung direkt messen können, halten wir mit der bodengebundenen Gamma-Astronomie also nach den charakteristischen Signaturen Ausschau, die ein Gamma-Teilchen in der ErdatmosphĂ€re hinterlĂ€sst, wenn es abgebremst wird. Man nennt diese Technik die IACT - Imaging Air Cherenkov Technique, weil wir Aufnahmen von den Lichtblitzen in der ErdatmosphĂ€re machen und daraus dann die physikalischen Parameter des ursprĂŒnglichen Gamma-Teilchens berechnen. Diese Berechnung ist alles andere als einfach und mit ein Grund, warum Experimente wie H.E.S.S. erst durch moderne Computerarchitekturen möglich sind. Die Berechnungen finden in modernen Rechenzentren auf hunderten von CPUs statt. Mehr dazu vielleicht in einem etwas spĂ€teren Beitrag.

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H.E.S.S. mit seinen vier kleinen Teleskopen, und dem großen Teleskop. Eines der kleinen Teleskope ist verdeckt

H.E.S.S. ist ein riesiges Experiment, das viele Aspekte der Astro- und der Teilchenphysik vereint und nicht ohne einen erheblichen Aufwand von Seiten der Physik und der Technologie möglich wĂ€re. Und es ist auch ein Experiment, das so groß ist, dass nur eine gemeinsame Kollaboration ĂŒber mehrerer LĂ€nder fĂ€hig ist, so ein Experiment zu finanzieren, zu verstehen, auszuwerten und zu betreiben.
Und es ist wahrscheinlich auch eines der erfolgreichsten Experimente der Astroteilchenphysik in den letzten Jahren.

Im nĂ€chsten Physik-Beitrag werde ich erklĂ€ren, was passiert, wenn ein hochenergetisches Gamma-Teilchen in die ErdatmosphĂ€re eindringt. Was dann passiert hat den Namen Cosmic- oder Extensive Air shower und ist der Grundbaustein fĂŒr die gesamte IACT Technik, auf die Teleskope wie H.E.S.S. aufbauen.

Von der H.E.S.S. Site in Namibia,
Phoenix 🙂

Zweiter H.E.S.S. shift report

Eine Woche ist nun vorbei. Wir haben uns hier gut eingelebt - Das Wetter ist recht gut, wenn auch etwas schwĂŒl, die Arbeit macht Spass und der Mikrowellenlink fĂŒr das Internet lĂ€uft zur Zeit mehr oder weniger stabil.
Die Residenz wurde vom Max-Planck-Institut nach europĂ€ischen Standards gebaut und lĂ€sst kaum WĂŒnsche offen. Jeder von uns hat ein Zimmer fĂŒr sich selbst, wir haben eine gemeinsame recht große KĂŒche und einen angenehmen Aufenthaltsraum mit Tischtennis-Tisch. Sehr cool!

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Zeitvertreib fĂŒr die tapferen Shifter!

Arbeiten auf der H.E.S.S. Site

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Blick auf eines der kleineren Teleskope

Wir haben zur Zeit noch viele Einweisungen und Einschulungen mit Albert, dem Techniker der permanent auf der Site beschÀftigt ist. Die Shift Crews wechseln jeden Monat und Albert schult sie der Reihe nach ein - So macht er das auch mit uns.
Im Idealfall hat die Shift Crew wĂ€hrend einer Beobachtungsnacht nur die Ziele zu definieren, die von den einzelnen Instrumente und Computersysteme dann vollautomatisch abgearbeitet werden. Theoretisch. Da das Ganze in der Praxis aber nicht ganz sauber verlĂ€uft, mĂŒssen wir lernen, wie man auf Störungen und Probleme reagiert. Wie z.B. ein Stromausfall.
Auf der Site sind zwei 60 kVA Diesel-Stromaggregate, die automatisch anspringen, wenn der Strom ausfĂ€llt (auch hier: theoretisch zumindest). Und auch die Teleskope mĂŒssen im Notfall per Hand eingeparkt werden, damit sie weder nass noch durch die Sonne beschĂ€digt werden können.
Ich glaube die Schichten werden noch einige Überraschungen bereit halten und aufregend werden. Aber dafĂŒr sind wir ja hier 🙂

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Blick auf die Milchstrasse. Hinter dem Baum ist das Kreuz des SĂŒdens

Die BeobachtungsnÀchte werden auch immer lÀnger. Wir sind jetzt bei etwa 3h "Dark Time", also das Zeitfenster in der absolute Dunkelheit herrscht. Der Teleskoptyp mit dem wir hier arbeiten (IACT - Imaging Air Cherenkov Telescope) sind so sensitiv, dass sie nur in absoluter Dunkelheit betrieben werden können. Selbst indirektes Licht vom aufgehenden Mond ist ausreichend, um die Teleskope im besten Fall zu stören und in schlimmsten Fall zu zerstören! Ist eben hochsensibles und teures Equipment, mit der hier Spitzenforschung betrieben wird. Ich werde in der nÀchsten Zeit kurz illustrieren, was wir hier eigentlich machen und wie das Ganze funktioniert. Zur Zeit ist hier alles noch zu neu und aufregend.

Leider ist auch die Wetterlage zur Zeit eher suboptimal. Wir sind in der Regenzeit, und wenn der Himmel nicht klar ist, können wir auch nicht beobachten. Zur Zeit haben wir eine Quote von etwa 30%, sprich wir können etwa 1/3 der Zeit effektiv nutzen. Da wir uns zur Zeit aber auch mehr mit der Kalibration beschĂ€ftigten, die auch unter bewölktem Himmel möglich sind, ist der Verlust bis jetzt nicht allzu groß. Denn, wie jedes Instrument mĂŒssen auch diese Teleskope zunĂ€chst eingestellt werden - Details dazu wenn ich dann schreibe, wie die Teleskope funktionieren.

Gestern Nacht, also in der Nacht von Montag auf Dienstag, war der Himmel so dermaßen bewölkt, dass eine Beobachtung nicht möglich war. Vorgestern hatten wir noch GlĂŒck, gestern haben die Wolken den Himmel dicht gemacht. In diesem Falle können wir nichts tun. Da es draußen auch blitzt, sind nicht einmal Kalibrationsruns möglich.

Wir haben ein Radiometer, mit dem der Himmel periodisch abgescannt wird. Das Radiometer bestimmt die optische OpazitĂ€t und kann daraus eine "Temperatur" ermitteln. Im Grunde funktioniert das ganze so Ă€hnlich wie eine WĂ€rmebildkamera, nur dass nicht WĂ€rme, sondern Wolken angezeigt werden. Dieses GerĂ€t ermöglicht es, einen Überblick ĂŒber die Wolkenlage auch in Dunkelheit zu kriegen. Ersetzen kann das Radiometer die guten alten menschlichen Augen aber nicht - Ein aufmerksames Auge kann die Wetterlage wesentlich besser abschĂ€tzen und auch Vorhersagen machen.

Namibia ist schön.

DSC01760Abgesehen von der eigentlichen Arbeit bietet Namibia jede Menge Spielraum fĂŒr Entdeckungen. Ich genieße die Zeit hier, denn abgesehen davon, dass eine lĂ€stige Grippe von letzter Woche komplett verflogen ist, bietet die Gegend hier jede Menge Flora und Fauna, die es zu erkunden gibt. Bewaffnet mit einer vernĂŒnftigen Kamera, Wasserblase und Glock-Klappspaten kann ich so Untertags einige AusflĂŒge in die Savanne machen.

In der Nacht von Samstag auf Sonntag haben wir zwei Eierschlangen auf der Site entdeckt, die gerade dabei waren, eine Vogelkolonie zu plĂŒndern. Ein beherzter Albert und einige SchlĂ€ge auf den Kopf haben dem Unternehmen "Eierdiebstahl" und auch dem Leben der Schlangen jedoch ein jĂ€hes Ende bereitet. Schlangen werden hier rigoros eliminiert. Laut Albert kehren Schlangen immer wieder dahin zurĂŒck, wo sie schon einmal waren. Und da sie nicht nur Plagegeister sondern auch eine echte Bedrohung darstellen, mĂŒssen sie auch entsprechend behandelt werden.

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Farbenfrohe Insektenwelt

Die Natur ist nicht gut oder böse, sondern eben wie sie ist.

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Eierschlange am Boden. Zwei Eierschlangen haben versucht, eine nahe Vogelkolonie zu plĂŒndern

Amateurfunk

DSC01699Namibia ist leider kein CEPT-Land und damit ich mit dem mitgebrachten HandfunkgerĂ€t auch aktiv Senden darf, muss ich zunĂ€chst eine Gastlizenz vom CRAN (Communications Regulatory Authority of Namibia)  erhalten. Ich hab's leider nicht mehr geschafft, die Anfrage in Europa auszufĂŒllen und abzuschicken und warte deshalb noch auf das OK von den lokalen Behörden. Ich hoffe dass ich diese noch erhalte, bevor die Schicht fertig ist.

Mit dem Gamsberg hÀtte ich auch schon einen passenden 2m Umsetzter (145.750 MHz Shift +600kHz bei PL-Tone 88.5 Hz) in der NÀhe der H.E.S.S. Site gefunden, auf dem ich schon einige FunkgesprÀche mithören konnte. Aufzeichnen und mithören vom Amateurfunk ist jedem gestattet, nicht nur in Namibia.

Ich hoffe, dass ich baldmöglichst die Gastlizenz erhalte und so bis zum Ende der Shift noch ein paar QSO's mit den lokalen Funkamateuren machen kann 🙂

vy 73 de V51-OE7PHX