FRIPON-NL: Frans netwerk van vuurbolcamera’s wordt uitgebreid naar Nederland11 minuten leestijd

Door: Detlef Koschny, Andrea Toni.

FRIPON is het ‘Fireball Recovery and InterPlanetary Observation Network’ dat op dit moment in Frankrijk in bedrijf is met zo’n 100 camera’s. Op basis van het FRIPON-systeem wordt momenteel een nieuw vuurbolcameranetwerk in Nederland uitgerold waarmee nieuwe kansen ontstaan voor wetenschappelijk onderzoek, vuurbolwaarnemingen en meteorietberging.

Figuur 1. De FRIPON-camera op het dak van ESA/ESTEC in Noordwijk.

FRIPON is een allsky-cameranetwerk met het doel om vuurbollen te detecteren om er vervolgens hun banen van te berekenen. Door vervolgens de donkere vluchtfase van overgebleven materiaal te berekenen, kunnen zoeklocaties binnen het strooiveld van de vuurbol worden vastgesteld. Dat is, althans, het hoofddoel van het project dat gefinancierd wordt door het Franse nationale onderzoekagentschap FNRA: meteorieten bergen die met waarnemingen van hun vuurbol te koppelen zijn aan hun bronplanetoïde. Het IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides) in Parijs heeft hiervoor de cameraopstelling ontworpen en doorontwikkeld, een server opgezet en dataverwerkingssoftware ontwikkelt voor de detectie en verwerking van de beelden. Inmiddels zijn 100 camera’s operationeel in Frankrijk en is de ‘data pipeline’ in de eindfase van de ontwikkeling en implementatie.

De meteorenonderzoeksgroep bij het ESA Science Support Office werkt momenteel met een tweetal camera’s die simultaan waarnemen vanaf de Canarische Eilanden, genaamd CILBO (Canary Islands Long-Baseline Observatory). Dit systeem is in staat om lichtzwakke meteoren tot magnitude 5 vast te leggen. Een probleem van de gebruikte camera’s is echter dat ze verzadigen al meteoren helderder zijn dan magnitude 0. Op de waarnemingen uit te kunnen breiden naar grotere objecten (en daarmee heldere magnitudes) is recent besloten om te starten met allsky-vuurbolcamera’s. In plaats van een eigen systeem te ontwerpen heeft het team besloten om bestaande appratuur te gebruiken. Dankzij bestaande contacten met het IMCCE is besloten om het FRIPON netwerk uit te breiden naar Nederland.

Wetenschappelijke motivatie

De oorspronkelijke wetenschappelijke motivatie voor FRIPON, zoals al genoemd, is het bergen van meer meteorieten in Frankrijk en het koppelen aan bronplanetoïden.  Dit kan gedaan worden met het waarnemen van vuurbollen; verleng het lichtspoor achterwaarts om de baan in het zonnestelsel te bepalen, verleng het voorwaarts, rekeninghoudend met windrichting en –snelheid, en je kunt een verwachting maken van de plek waar de meteorieten van een vuurbol zijn neergekomen.

Voor de meteorenonderzoeksgroep bij ESA is de wetenschappelijke afweging beduidend anders. Bij de onderzoeksgroep werken we aan de fluxdichtheid van meteoroïden, of in andere woorden, hoeveel meteoroïden treden de aardse atmosfeer per tijd en oppervlak binnen. Zoals gezegd doen we dit op basis van videowaarnemingen met ons simultaanstation op de Canarische Eilanden (CILBO). Meteoren die helderder zijn dan magnitude 0 zorgen voor de verzadiging van het beeld. Afhankelijk van het materiaal en de snelheid correspondeert dat met meteoroïden van 2 mm tot 3 cm in doorsnede. Met gegevens die we verkrijgen met FRIPON kunnen we ook fluxdichtheden bepalen voor groter objecten dan nu het geval is.

Een andere belangrijke wetenschappelijke reden is het berekenen van het lichtrendement. Dit is het percentage van de kinetische energie van een meteoroïde die omgezet wordt in licht. Met andere woorden, als je de massa (of afmeting) van een meteoroïde wilt bepalen op grond van de magnitude, dan moet je deze waarde weten. Met slechts een lichtcurve van een meteoor is het niet mogelijk om deze waarde te berekenen. Voor onze CILBO opstelling gebruiken we op dit moment de waarde die bepaald wordt op basis van gelijktijdige waarnemingen met video en radar in Canada. Een andere methode om het lichtrendement te bepalen is door de afremming van de meteoor mee te nemen. Echter, deze afremming is het beste waarneembaar voor objecten die te groot (helder) zijn om vast te leggen met CILBO. FRIPON legt daarentegen met regelmaat de afremming vast en maakt het dus mogelijk om het lichtrendement te bepalen zonder dat er een andere detectiemethode nodig is.

De cameraopstelling

De FRIPON-camera die momenteel op het dak van ESA-ESTEC in Noordwijk staat, is te zien in Figuur 1, en alle benodigde apparatuur is weergegevens in Figuur 2. De camera zelf is een Basler aca1300-30gm digitale camera (oudere systemen gebruiken een DMK23g445) die filmt met 25 frames per seconde. De camera is gemonteerd in een behuizing met een transparante koepel van optische kwaliteit en is slechts 10 cm in diameter en 15 cm hoog.  Het camerasysteem is speciaal ontworpen door het bedrijf Shelyak en kost zo’n 1.200 Euro. Met de bijgeleverde montagebeugels is het mogelijk om de camerabehuizing op zowel een vlak oppervlak te plaatsen of te monteren op een paal van minder dan 5 cm in diameter.

Figuur 2. Overzicht van alle hardware voor een FRIPON station. De camera ligt links op het bubbelfolie. De zwarte doos met bekabeling is de Power-over-Ethernet router. Geheel rechts ligt de NUC-computer. Dit is een system bedoeld voor plaatsing in Duitsland. De NUC van de camera op ESTEC is te zien op de achtergrond.

De camerabehuizing heeft een korte Ethernetkabel voor de verbinding met een computer, en de stroomvoorziening. Hiervoor is een router met Power-over-Ethernet (PoE) nodig om te camera te kunnen aansluiten. Indien nodig kan de kabel verlengt worden met een Cat-6 ethernetkabel die aan te sluiten is op een voor PoE-geschikte router.  Deze router verbindt de camera met de computer en het internet. Hiervoor kan elk willekeurig type computer gebruikt worden. Wij maken gebruik van een NUC (Next Unit of Computing) dat een compacte computer is van slechts 10x10x5 cm groot. Als je deze aanschaft met de juiste Solid State Harddisk, dan kan het complete software systeem eenvoudig geïnstalleerd worden als disk image.

Het gehele systeem heeft geen toetsenbord of monitor aangezien het direct verbinding maakt met een server in Frankrijk, en daardoor alleen via remote acces via de Franse server te bekijken is. Om op een FRIPON computer te kijken, is het dus nodig om via de server in te loggen en via deze route de computer te benaderen. De reden hiervoor komt hieronder aan bod bij de dataverwerking.

Dataverwerking

De NUC leest de beelddata van de camera in realtime. Detectiesoftware op de NUC zorgt voor de identificatie van events, het zoekt daarvoor naar helder objecten die in een rechte lijn bewegen en verwerpt objecten die te traag zijn. Echter, het systeem zal niet alleen vuurbollen detecteren maar ook vliegtuigen en andere zaken. Alle detecties, gemiddeld een paar per nacht, worden direct naar de centrale server in Parijs gestuurd. Daar komt alle data samen van camera’s die staan opgesteld in Frankrijk, België en Duitsland. Een ‘event’ wordt past aangemaakt als er 3 of meer camera’s een detectie op hetzelfde moment hebben.

De directe verbinding met de server in Parijs is de reden dat de computer niet direct gebruikt kan worden, dit zou in strijd zijn met de veiligheidsregels voor de server, aangezien hackers op die manier direct toegang tot het Franse netwerk kunnen krijgen. Het systeem verstuurt e-mails op dagelijkse basis waarin een overzicht van alle events van de afgelopen nacht zijn samengevat. Hiervan zou het de baan ten opzichte van de grond, de baan in het zonnestelsel en mogelijke strooiveld kunnen berekenen. Dat laatste is echter nog niet operationeel.

Stand van zaken in Nederland

Om zelf bekend te raken met het FRIPON-systeem hebben we een camera geplaatst op het dak van het kantorencomplex van het technologiecentrum ESTEC van ESA gelegen in Noordwijk (Zuid-Holland). De veiligheidsnormen voor netwerken zoals die door het FRIPON netwerk worden aangehouden, zijn ook bij ESA van kracht. Zodoende liepen we aanvankelijk tegen verbindingsproblemen aan om de camera met de server in Parijs te verbinden. Uiteindelijk hebben we de router in een ‘gedemilitariseerde zone’ van ons netwerk geïnstalleerd. Particuliere netwerken hebben geen last van deze problemen, de tweede camera van het netwerk in Oostkapelle werd in november 2017 zonder enig probleem in een paar uur tijd geplaatst en verbonden met de centrale server.

Op dit moment zijn er de twee operationele camera’s in Nederland. In Figuur 3 zijn deze locaties weergegeven in groen. Naast de camera op ESTEC en bij Klaas Jobse (Oostkapelle) hebben we afspraken met Felix Bettonvil (Dwingeloo), Jos Nijlands (Benningbroek), Arnold Tukkers (Lattrop) en Sebastiaan de Vet (Tilburg) om extra camera’s te plaatsen. Eén camera, gefinancierd door de Universiteit van Oldenburg (Duitsland), is opgesteld in Groningen. We zijn zelf nog op zoek naar een aantal locaties om meer stations te huisvesten. Dankzij een interne ESA-beurs hebben we extra financiering ontvangen om een paar extra camera’s aan te schaffen en daarom zijn er nog meer opstellocaties van camera’s nodig. Geïnteresseerden die een camera op een geschikte locatie in Gelderland kunnen huisvesten, kunnen met ons contact opnemen. Na deze eerste uitbreidingsfase in Nederland, willen we nog extra camera’s plaatsen op de geelgekleurde locaties, die te zien zijn op het kaartje.

Figuur 3. Bestaande en geplande camera’s voor de uitbreiding van FRIPON. Groen: geplaatst. Oranje: wordt geplaatst in de loop van 2018. Geel/transparant-geel: vacante locaties waarvoor nog en deelnemer wordt gezocht.

De eerste grote vuurbol die we hebben vastgelegd, vond plaats vlak voordat ik mijn presentatie gaf op het Internationale meteorencongres IMC, op 21 september 2017. Binnen de werkgroep Meteoren beter bekend als de ‘Lubachvuurbol’. De opname van de FRIPON op ESTEC is te zien in Figuur 4, meer details lees je hier en hier.

Voor deze vuurbol hebben we drie zwakkere events gehad, altijd samen met de camera in Brussel en een of twee andere station in België. Echter, een vuurbol die zichtbaar is vanuit zowel Brussel als Noordwijk moet ongeveer halverwege de twee stations liggen. Daardoor verschijnt de vuurbol op de opnames altijd laag aan de horizon voor beide stations. Met een kleinere onderlinge afstand, zoals met Oostkapelle is de afstand van 100 km veel beter en verwachten we typisch een of twee gelijktijdig waargenomen vuurbollen per maand.

Figuur 4. De ‘Lubachvuurbol’ boven ESTEC op 21 september 2017. Dit event werd ook vastgelegd door de FRIPON camera’s in Brussels (B) en Lille (F).

Open punten

Het gebruik van de FRIPON-camera’s is geheel ‘hands-off’ manier, met ander woorden, de gastlocatie hoeft niks te doen. Alle detecties en event-correlaties worden automatisch uitgevoerd. Echter, de betrokkenen zouden, net als de auteurs van dit artikel, geïnteresseerd kunnen zijn om de data van de camera direct te benaderen. Bijvoorbeeld als je gevraagd wordt ‘heb je op dit of dat tijdstip iets gezien’ en dan zou het fijn zijn om de data direct te kunnen benaderen. Dit is natuurlijk mogelijk door in te loggen op de server in Parijs, maar het proces van inloggen en dataoverdracht is langdradig. We zijn daarom bezig met het opzetten van een eigen systeem waarbij alle data van de Nederlandse FRIPON-stations ook naar een ftp-server bij ESA worden gepushed. We zitten in het proces van het testen van dit systeem, maar het is nog niet operationeel.

Zoals hierboven al genoemd, zijn bepaalde delen van de software nog niet af of gemakkelijk toegankelijk, zoals de baanberekening en de berekeningen van de donkere vluchtfase voor het bepalen van strooivelden. Samen met twee promovendi van de Universiteit van Oldenburg zijn we betrokken in de dataverwerking en bereiden we de wetenschappelijke analyse routines voor. We zijn vooral geïnteresseerd om snel geïnformeerd te worden van een vuurbol, nog voordat we erover lezen in het nieuws.

Tot slot

FRIPON-NL bevind zich midden in het opstartproces. Op dit moment zijn twee camera’s operationeel en zijn er afspraken met drie andere gastlocaties. Financiering voor meer camera’s is beschikbaar. Na installatie zal het netwerk verbonden worden met de camera’s in Frankrijk, België en Noord-Duitsland.

De FRIPON-camera’s hebben al bewezen dat ze vuurbollen kunnen detecteren. De dataverwerking, waaronder het berekenen van de banen ten opzichte van de aarde, banen in het zonnestelsel en mogelijke strooivelden van meteorieten moeten nog gefinancierd worden door onze Franse collega’s. ESA is bij FRIPON betrokken vanuit een aanpalend wetenschappelijk oogpunt en we kunnen snel meldingen te krijgen als er een vuurbol heeft plaatsgevonden.

De camera’s zijn bewezen robuust en betrouwbaar te zijn en we verwachten dat we heel Nederland kunnen afdekken in 2019. Dit netwerk is ook complementair aan het CAMS-netwerk (dat is geoptimaliseerd voor zwakke meteoren), of de bestaande camera’s in het Duitse ‘EN’ netwerk die weer geschikter zijn voor positionering maar te kort komen in tijdsbepaling.

We zoeken meer gastlocaties voor de plaatsing van een camera, dus ben je geïnteresseerd om bruikbare gegevens te helpen verzamelen, neem dan contact op met de auteurs.


Detlef Koschny en Andrea Toni zijn werkzaam bij de Meteor Research Group van het Science Support Office van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, gevestigd bij het technische ruimtevaartcentrum ESTEC in Noordwijk.

Vertaling: Sebastiaan de Vet