Quelle: Universität zu Köln 7. Februar 2024.

7. Februar 2024 – Deutschland und Italien haben ein Abkommen zur vertieften Zusammenarbeit im Bereich Meteorologie und Klimatologie geschlossen. Ziel des Abkommens ist die systematische Stärkung der Forschung und der bilateralen Zusammenarbeit in der Wetter- und Erdbeobachtung. Eine entsprechende Regierungsübereinkunft unterzeichneten in Berlin Stefan Schnorr, Staatssekretär im Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV), seine Amtskollegin im Auswärtigen Amt, Jennifer Morgan, und der italienische Botschafter Armando Varricchio.

Das Abkommen schafft einen rechtsverbindlichen Rahmen für verschiedene Vorhaben, die damit langfristig geplant und umgesetzt werden können. Für die Erdbeobachtung in Europa setzen Deutschland und Italien – nicht zuletzt in ihren Rollen als Gaststaaten des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW) – damit ein starkes Zeichen. Es geht darum, die Forschung im Bereich Erdbeobachtung zu stärken. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen auch in den operativen Betrieb der Wetterdienste einfließen. So kann etwa die Qualität der Wettervorhersagen in den Schwerpunktbereichen Dürre und Überflutung verbessert werden. Deutschland wie Italien waren von diesen Extremwetterereignissen in den vergangenen Jahren verstärkt betroffen.
Das Abkommen umfasst im Wesentlichen folgende Vorhaben:

1. Einrichtung eines gemeinsamen Masterstudiengangs zwischen der Universität Bologna und dem Forschungsverbund Center for Earth System Observation and Computational Analysis (CESOC), einer Kooperation der Universität Köln, Universität Bonn und Forschungszentrum Jülich.
2. Aufbau eines deutsch-italienischen Fortbildungsnetzwerks zwischen den deutschen und italienischen Hochschulen, Forschungseinrichtungen sowie Wetter- und Klimadiensten „Italia – Deutschland science-4-services network in weather and climate“ (IDEA-S4S). Finanziert werden Doktorandenstellen, wissenschaftliche Nachwuchsgruppen und Forschungsaufenthalte. Der Schwerpunkt liegt auf den Themen Dürre und Überflutung.
   Prof. Dr. Susanne Crewell, Gründungsdirektorin von CESOC: „Wir freuen uns, dass nach dem langen Weg der Vorbereitung das Abkommen zwischen Deutschland und Italien unterschrieben worden ist. CESOC und die Universität Bologna können schon erste Zusammenarbeiten vorweisen und jetzt auch mit offizieller Unterstützung den nächsten Schritt der Masterstudiengangseinrichtung einschlagen.“

Weitere Informationen:
https://cesoc.net/

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• Planet Erde

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Quelle: Universität zu Köln 5. Februar 2024.

5. Februar 2024 – Ein Konsortium von deutschen Geowissenschaftler*innen erforscht in drei Expeditionen mit dem Forschungsschiff „Polarstern“ die Veränderungen des Ostantarktischen Eisschildes in der geologischen Vergangenheit. Davon wurde die zweite am 1. Februar 2024 abgeschlossen, die dritte ist noch bis Anfang April 2024 unterwegs. Die Forscher*innen stammen vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven, vom Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel (GEOMAR), sowie von der Universität zu Kiel, der TU Dresden und der Universität zu Köln. Das Konsortium hat gemeinsam mit internationalen Partnern das Projekt „East Antarctic Ice Sheet Instability“ (EASI) initiiert. Das Forschungsprojekt hat zum Ziel, aus geologischen Daten vom Antarktischen Kontinent bis in die umgebende Tiefsee abzuleiten, wie der Ostantarktische Eisschild auf den aktuellen Klimawandel reagieren wird.

Der Beitrag der Universität zu Köln zur EASI-Initiative liegt in der Rekonstruktion der Vereisungsgeschichte in heute eisfreien Regionen entlang des ostantarktischen Eisrandes. „Wir nutzen die Sedimente, die in Seen, in Fjorden und an Land in diesen Gebieten abgelagert wurden und rekonstruieren aus der Zusammensetzung und dem Alter der Ablagerungen die Entwicklung der Klima- und Umweltbedingungen“, erläutert der Kölner Geologe Professor Dr. Martin Melles. Dabei beschränken sich die Forscher*innen nicht auf die Vereisungsgeschichte. Es wird auch die Klimageschichte, mit Änderungen in der Temperatur und in den Niederschlägen, sowie die regionale Meeresspiegelgeschichte rekonstruiert. „So verstehen wir nicht nur die Vereisungsgeschichte besser, sondern können auch die Gründe für die unterschiedlichen Entwicklungen in den verschiedenen eisfreien Gebieten entschlüsseln“, ergänzt Melles. Weitere Erkenntnisse erhoffen sich die Forscher*innen von Vergleichen mit den Erkenntnissen, die das Konsortium im Südozean erlangt. „Unsere Partner sammeln Daten zu den Meeresströmungen, die Wärme in Richtung Land transportieren, oder zur Meereisbedeckung, die Gründe für Veränderungen in der Eisbedeckung an Land besser erklären.“

Auf der gerade zu Ende gegangenen Expedition „EASI-2“ wurden unter Leitung der Kölner Geolog*innen umfangreiche Forschungsarbeiten in den Vestfold Hills durchgeführt, einem 413 km² großen Landgebiet am Ostrand der antarktischen Prydz-Bucht. An dem sechs-köpfigen Team waren Forschende der TU Dresden und der australischen Universitäten Canberra und Adelaide beteiligt. Der Schwerpunkt lag auf der Gewinnung von Sedimentkernen aus einem See und einem Fjord. „Wir konnten an insgesamt vier Stationen bis zu 13 m lange Sedimentkerne gewinnen, aus denen erstmals in den Vestfold Hills die Geschichte von der Eisbedeckung über den Eisrückzug bis zu den heutigen eisfreien Bedingungen lückenlos rekonstruiert werden kann“, erläutert Melles. Die abschließende Analyse und Interpretation des umfangreichen Daten- und Probenmaterials wird im Rahmen eines dreijährigen Forschungsprojektes durchgeführt werden, welches von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird.

Im Inlandeis der Antarktis sind mehr als 90 Prozent des Süßwassers auf der Erde gespeichert. Ein vollständiges Abschmelzen des Antarktische Eisschildes würde den Meeresspiegel weltweit um 57 Meter ansteigen lassen und sogar Köln, mit den Rheinwiesen bei 36.4 Meter über dem Meeressspiegel, überfluten. Darüber hinaus würde ein Abschmelzen des Eises den Wärmehaushalt der Erde und die globale Ozeanzirkulation verändern, weil die helle Eisfläche große Mengen an Sonnenstrahlung in den Weltraum zurückspiegelt und in der Antarktis ein großer Teil des Bodenwassers im Weltozean gebildet wird.

Seit einigen Jahren lässt sich ein Massenverlust des Antarktischen Eisschildes beobachten. Dieser dürfte sich nach aktuellen Klimaprognosen in der Zukunft noch verstärken. „Der Eisschild reagiert recht träge, so dass sich ein vollständiges Abschmelzen des Eises über mehrere Jahrhunderte – wenn nicht Jahrtausende – hinziehen dürfte“, so Melles. „Wir müssen uns jedoch vor Augen führen, dass die Prognosen recht große Unsicherheiten aufweisen, da die Dynamik des Eisschildes heute und in der geologischen Vergangenheit noch unzureichend verstanden ist. Hier kann unsere Forschung einen wichtigen Beitrag leisten.“

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• Planet Erde

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Quelle: Universität Bonn 14. Oktober 2022.

14. Oktober 2022 – In Zeiten globaler Umweltveränderungen gilt es, das Wissen über die vielfältigen Prozesse des irdischen Klimasystems zu vertiefen. Eine präzise Beschreibung der Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Ozean, Eis, Boden, Vegetation und letztlich dem Menschen ist die Voraussetzung für bessere Wetter- und Klimamodelle. Hierbei spielt die Beobachtung der Erde eine zentrale Rolle, denn wer nicht umfassend beobachtet, kann auch keine präzisen Vorhersagen erstellen.

Das CESOC führt bedeutende Kernkompetenzen an den drei Standorten Bonn, Köln und Jülich enger zusammen. Vertreten sind die Meteorologie, Atmosphärenchemie, Hydrologie, Klimatologie und Paläoklimatologie, Bodenwissenschaften und oberflächennahe Geophysik, Pflanzen- und Agrarwissenschaften, Geodäsie, Fernerkundung, Geoinformatik sowie Mathematik, wissenschaftliches Rechnen und Informatik. Beteiligt sind die beiden Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultäten in Köln und Bonn sowie die Landwirtschaftliche Fakultät und die beiden Transdisziplinären Forschungsbereiche TRA1 „Modelling“ und TRA6 „Sustainable Futures“ der Universität Bonn. Im Forschungszentrum Jülich sind Institute für Energie- und Klimaforschung, für Bio- und Geowissenschaften sowie das Jülich Supercomputing Center Teil des neuen Zentrums. Die CESOC-Geschäftsstelle wurde an der Universität Bonn eingerichtet.

Die Rektoren der beiden Universitäten, die Dekane der beteiligten Fakultäten und der Vorstandsvorsitzende des Forschungszentrums Jülich haben in Bonn einen neuen Kooperationsvertrag unterzeichnet. Als Gründungsdirektoren zeichneten Prof. Dr. Jürgen Kusche von der Universität Bonn, Prof. Dr. Susanne Crewell von der Universität zu Köln und Prof. Dr. Astrid Kiendler-Scharr vom Forschungszentrum Jülich die Vereinbarung mit.

Das CESOC kooperiert eng mit dem Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) über seinen Standort in Bonn. Hierfür wurde nun auch eine förmliche Vereinbarung („Memorandum of Understanding“, MoU) geschlossen, die die Rektoren, Dekane und Direktoren der drei CESOC-Einrichtungen mit dem ECMWF, vertreten durch den Direktor der Copernicus Dienste, Dr. Jean-Noël Thépaut, nun unterzeichneten.

Das ECMWF ist eine zwischenstaatliche Organisation, dessen Kernaufgabe darin besteht, neue Möglichkeiten der mittelfristigen Wettervorhersage zu entwickeln und diese seinen Mitgliedstaaten und Nutzern auf der ganzen Welt zur Verfügung zu stellen. Es entwickelt und betreibt globale Modelle und Datensysteme für die Dynamik, Thermodynamik und Zusammensetzung der fluiden Hülle der Erde und der zusammenwirkenden Teile des Erdsystems.

Das CESOC und das ECMWF wollen künftig sehr eng zusammenarbeiten. Dazu wurde vereinbart, gemeinsame Projekte der Spitzenforschung in Zukunft aufrechtzuerhalten und weiter auszubauen und in der Aus- und Weiterbildung gemeinsame Wege zu gehen. Durch einen regen Austausch von Personal auf allen Qualifikationsebenen soll ein kontinuierlicher Wissenstransfer sichergestellt werden. Die Kooperationspartner wollen außerdem ihre Forschungsinfrastrukturen miteinander teilen und Forschungsergebnisse gemeinsam publizieren.

In einer gemeinsamen Erklärung betonten die drei Gründungsdirektor*innen Astrid Kiendler-Scharr, Susanne Crewell und Jürgen Kusche die Bedeutung des Zusammenschlusses: „Wir sind überzeugt, dass die heute vereinbarte Zusammenarbeit einen Meilenstein in der Erforschung des Erdsystems und der ihm zugrunde liegenden Zusammenhänge darstellt. Solche hochkomplexen Forschungsaufgaben können nur in der gemeinsamen Anstrengung exzellenter Partner bewältigt werden. Mit dem ECMWF entsteht im Rheinland ein einzigartiges Kompetenzzentrum für dieses Forschungsfeld.“

Die Generaldirektorin des ECMWF, Dr. Florence Rabier, sagte: „In unseren neuen Büros in Bonn sahen wir schon immer eine Gelegenheit, unsere Zusammenarbeit mit den nationalen meteorologischen Diensten unserer Mitgliedstaaten und auch mit deren akademischen Einrichtungen zu vertiefen. Dieses MoU mit dem CESOC ist das bestmögliche Beispiel für eine solche Zusammenarbeit, die wir mit diesen angesehenen Institutionen und ihren talentierten Wissenschaftler*innen weiter ausbauen wollen. Wir haben sehr hohe Erwartungen an das, was wir gemeinsam schaffen können, und in einer Zeit, in der Wetter und Klima die Welt auf kritische und oft tragische Weise beeinflussen, freuen wir uns darauf, unsere Kräfte mit den im CESOC versammelten Talenten zu bündeln.“

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• Planet Erde

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Quelle: Universität zu Köln 22. Juli 2022.

22. Juli 2022 – Ein europäisches Team von Astronomen unter der Leitung von Professorin Kalliopi Dasyra von der Nationalen und Kapodistrias-Universität Athen, Griechenland, und unter Beteiligung von Dr. Thomas Bisbas von der Universität Köln hat mehrere Emissionslinien in Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) und dem Very Large Telescope (VLT) modelliert, um den Gasdruck sowohl in Gaswolken, die von Jets getroffen werden, als auch in Gaswolken der Umgebung zu messen. Mit diesen erstmaligen Messungen, die kürzlich in Nature Astronomy veröffentlicht wurden, entdeckten sie, dass die Jets den inneren und äußeren Druck der Molekülwolken auf ihrem Weg erheblich verändern. Je nachdem, welcher der beiden Drücke sich am stärksten verändert, sind in derselben Galaxie sowohl eine Verdichtung der Wolken und eine Auslösung der Sternentstehung als auch eine Auflösung der Wolken und eine Verzögerung der Sternentstehung möglich. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass supermassereiche Schwarze Löcher, auch wenn sie sich in den Zentren von Galaxien befinden, die Sternentstehung galaxienweit beeinflussen können“, sagt Professorin Dasyra und fügt hinzu: „Die Untersuchung der Auswirkungen von Druckänderungen auf die Stabilität von Wolken war der Schlüssel zum Erfolg dieses Projekts. Sobald sich nur wenige Sterne in einem Wind bilden, ist es normalerweise sehr schwierig, ihr Signal zusätzlich zu den Signalen aller anderen Sterne in der Galaxie, die den Wind beherbergt, zu erkennen.“

Man geht davon aus, dass sich in den Zentren der meisten Galaxien in unserem Universum supermassereiche schwarze Löcher befinden. Wenn Teilchen, die auf diese schwarzen Löcher einfallen, von Magnetfeldern eingefangen werden, können sie nach außen geschleudert werden und sich in Form von gewaltigen und starken Plasmastrahlen weit ins Innere der Galaxien bewegen. Diese Jets verlaufen oft senkrecht zu den galaktischen Scheiben. In IC 5063, einer 156 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie, breiten sich die Jets jedoch tatsächlich innerhalb der Scheibe aus, wobei sie mit kalten und dichten molekularen Gaswolken in Wechselwirkung treten. Diese Wechselwirkung könnte zu einer Kompression der von den Jets getroffenen Wolken führen, was wiederum zu gravitativen Instabilitäten und schließlich zur Sternentstehung aufgrund der Kondensation des Gases führen könnte.

Für das Experiment nutzte das Team die von ALMA gelieferte Emission von Kohlenmonoxid (CO) und Formylkation (HCO+) sowie die vom VLT gelieferte Emission von ionisiertem Schwefel und ionisiertem Stickstoff. Anschließend nutzten sie fortschrittliche und innovative astrochemische Algorithmen, um die Umgebungsbedingungen im Ausfluss und im umgebenden Medium genau zu bestimmen. Diese Umgebungsbedingungen enthalten Informationen über die Stärke der fernen ultravioletten Strahlung von Sternen, die Geschwindigkeit, mit der relativistische, geladene Teilchen das Gas ionisieren, und die mechanische Energie, die von den Jets auf das Gas übertragen wird. Die Eingrenzung dieser Bedingungen ergab die Dichten und Gastemperaturen, die für verschiedene Teile dieser Galaxie charakteristisch sind und aus denen sich dann die Drücke ableiten lassen.

„Wir haben viele tausend astrochemische Simulationen durchgeführt, um ein breites Spektrum an Möglichkeiten abzudecken, die in IC 5063 existieren könnten“, sagt Mitautor Dr. Thomas Bisbas, DFG-Stipendiat der Universität zu Köln und ehemaliger Postdoktorand am National Observatory of Athens. Eine Herausforderung der Arbeit war es, so viele physikalische Einschränkungen wie möglich für den untersuchten Bereich zu identifizieren, den jeder Parameter haben könnte. „Auf diese Weise konnten wir die optimale Kombination von physikalischen Parametern der Wolken an verschiedenen Orten der Galaxie ermitteln“, so Mitautor Georgios Filippos Paraschos, Doktorand am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und ehemaliger Masterstudent an der Nationalen und Kapodistrias-Universität Athen.

Tatsächlich wurden die Drücke nicht nur für einige wenige Stellen in IC 5063 gemessen. Stattdessen wurden Karten dieser und anderer Größen im Zentrum dieser Galaxie erstellt. Anhand dieser Karten konnten die Autoren veranschaulichen, wie sich die Gaseigenschaften aufgrund der Jetpassage von einem Ort zum anderen verändern. Das Team freut sich nun auf den nächsten großen Schritt in diesem Projekt: den Einsatz des James Webb Weltraumteleskops für weitere Untersuchungen des Drucks in den äußeren Wolkenschichten, wie er durch das warme H₂ gemessen wird. „Wir freuen uns sehr auf die Daten vom James Webb Space Telescope“, so Professorin Dasyra, „denn sie werden es uns ermöglichen, die Jet-Wolken-Wechselwirkung mit einer außerordentlichen Auflösung zu untersuchen“.

Publikation:
https://www.nature.com/articles/s41550-022-01725-9

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• Schwarze Löcher

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

4. Mai 2022 – Mit der gemeinsamen Entscheidung von NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), den Flugbetrieb des Stratosphären-Observatoriums für Infrarot-Astronomie (SOFIA) im September 2022 einzustellen, enden auch die einzigartigen wissenschaftlichen Möglichkeiten für hochauflösende Fern-Infrarot-Spektroskopie mit dem deutschen Spektrometer GREAT, dem German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies. GREAT ist eine Entwicklung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie und des Kölner Observatoriums für Submillimeter-Astronomie (KOSMA) / Universität zu Köln, in Zusammenarbeit mit dem DLR Institut für Optische Sensorsysteme, und wurde weitgehend unabhängig vom Budget der Deutschen Raumfahrt-Agentur (DLR) finanziert. Beobachtungen mit GREAT wurden auch von der allgemeinen SOFIA-Nutzergemeinschaft stark nachgefragt.

Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (SOFIA) mit dem deutschen GREAT-Spektrometer an Bord wird im Juli und August 2022 von Neuseeland aus zu seinen letzten zwanzig Beobachtungsflügen starten. Mit der gemeinsamen Entscheidung von NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), den Flugbetrieb im September 2022 einzustellen, enden auch die einzigartigen wissenschaftlichen Möglichkeiten für hochauflösende fern-Infrarot-Spektroskopie, die GREAT möglich gemacht hat.

Mit SOFIA, einer umgebauten Boeing-Maschine, deren Flughöhe oberhalb von 13 Kilometern liegt, können Forschende einen Wellenlängenbereich des Lichts beobachten, der von der Erde aus nicht zugänglich ist. Das spektral-höchstauflösende, abbildende Spektrometer GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) an Bord von SOFIA kann von ausgedehnten Himmelsregionen mit hoher räumlicher und spektraler Auflösung eine Art von chemischem Fingerabdruck erstellen. GREAT ist eine Entwicklung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie und des Kölner Observatoriums für Submillimeter-Astronomie (KOSMA) / Universität zu Köln, in Zusammenarbeit mit dem DLR Institut für Optische Sensorsysteme. Die Entwicklung wurde von den beteiligten Instituten, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs 956 finanziert.

Seit dem First Light an Bord von SOFIA am 1. April 2011 hat GREAT fast 250 erfolgreiche Wissenschaftsflüge durchgeführt und dabei in 2.000 Stunden einzigartige wissenschaftliche Daten mit hohem Wert für die Nachwelt gesammelt, die anders nicht hätten beobachtet werden können. Die Betriebsfrequenzen des Spektrometers wurden speziell ausgewählt, um Spektrallinien von hoher astrophysikalischer Relevanz im fernen Infrarotbereich zu erfassen, in dem die Erdatmosphäre für bodengebundene Beobachtungen völlig undurchsichtig ist.

GREAT hat – in enger Zusammenarbeit mit den interessierten internationalen Wissenschaftler*innen – ein breites Spektrum wissenschaftlicher Themen abgedeckt, von der Erforschung der Erdatmosphäre und der Planeten bis hin zur Erforschung der Sternentstehung und der Physik und Chemie des interstellaren Mediums in der Milchstraße und nahen Galaxien. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der effizienten großräumigen Kartierung der atomaren Feinstrukturlinien von Kohlenstoff und Sauerstoff, die die stärksten Kühl-Linien des sternbildenden interstellaren Mediums sind.

Unter den neuen Molekülen, die mit GREAT entdeckt wurden, fand die Entdeckung der frühesten molekularen Bindung des Universums, das Heliumhydrid-Molekül, HeH+, größte internationale Aufmerksamkeit. Die wissenschaftlichen Ergebnisse der GREAT-Beobachtungen wurden in zahlreichen Publikationen in Fachjournalen, darunter die Ergebnisse der ersten Forschungsflüge in einem Sonderband von Astronomy & Astrophysics, und in vielen Beiträgen auf einschlägigen Konferenzen vorgestellt.

Der unmittelbare Zugang auf der Flugzeug-gestützten Plattform, im Unterschied zu Weltraummissionen, ermöglichte es dem GREAT-Konsortium, das Instrument kontinuierlich mit den neuesten Technologien weiter zu entwickeln. Angefangen mit Einkanal-Detektoren mit Flüssig-Helium-Kühlung wurde das Instrument 2015–16 zum leistungsfähigsten FIR-Array-Heterodyn-Spektrometer aller Zeiten aufgerüstet, das mit 14+7 Pixeln gleichzeitig in zwei Frequenzbändern arbeitet. Es übertrifft frühere weltraumgestützte Experimente hinsichtlich der Beobachtungsgeschwindigkeit um mehr als eine Größenordnung. Die Publikation, die das Instrument beschreibt, wurde mit dem „2018 THz Science and Technology Best Paper Award“ der renommierten IEEE Microwave Theory and Techniques Society ausgezeichnet.

Das GREAT-Team und seine Nutzergemeinschaft freuen sich nun auf den erfolgreichen Abschluss der laufenden Beobachtungsprojekte des Zyklus 9 während der bevorstehenden letzten Beobachtungskampagne von der südlichen Hemisphäre aus.

Über GREAT:
GREAT, der „German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies“, ist eine Entwicklung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie und des Kölner Observatoriums für Submillimeter-Astronomie (KOSMA) / Universität zu Köln, in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Optische Sensorsysteme. Die Entwicklung wurde von den beteiligten Instituten, vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Rahmen der Förderungen 50 OK 1102, 1103 und 1104 sowie im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs 956 finanziert.

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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Quelle: Universität zu Köln.

10. Dezember 2021 – Eine vermeintliche Gas- und Staubwolke im Zentrum unserer Galaxie besteht eigentlich aus drei besonders jungen Sternen. Das zeigt eine neue Studie unter Leitung von Wissenschaftler*innen des I. Physikalischen Instituts der Universität zu Köln. Die Daten dazu lieferte das Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte – ein Teleskop mit Spiegel-Durchmessern von 8,20 Metern auf dem Gipfel des Cerro Paranal in Chile. Die Sterne entstanden vor weniger als 1 Millionen Jahren, was astrophysikalisch sehr jung ist. Zum Vergleich: Unsere Sonne ist knapp 5 Milliarden Jahre alt. Die Studie ist in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal erschienen.

Bereits 2011 wurde in den Infrarotdaten des Very Large Telescope ein Objekt gefunden, welches versprach, einen nie dagewesenen Vorgang im Zentrum unserer Galaxie zu beobachten. Basierend auf einer Multi-Wellenlängenanalyse stellten Wissenschaftler*innen fest, dass es sich bei dem Gebilde um eine Gas- und Staubwolke handeln müsse. Die Staubwolke bekam den Namen G2. Durch die Interaktion mit dem Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie, SgrA*, hätte G2 zerrissen werden und ein sprichwörtliches Feuerwerk verursachen müssen. Die Forscher*innen nahmen an, dass beim Aufeinandertreffen von G2 mit SgrA verschiedene Prozesse dazu führen würden, dass das Gas und der Staub das schwarze Loch zum Aufflammen bringen. Allein, das Feuerwerk blieb aus.

Zudem gab es weitere Faktoren, die Astronom*innen weltweit Kopfzerbrechen bereiteten und kontroverse Diskussionen befeuerten. So haben Studien ergeben, dass die Temperatur von G2 fast doppelt so hoch ist wie die von umliegenden Staubquellen. Eine mögliche Erklärung der Temperatur von G2 wäre die extreme Anzahl von Sternen im Zentrum unserer Galaxie. So könnten diese Sterne G2 aufgeheizt haben. Nur stellt sich die Frage, warum alle anderen bekannten Staubquellen im Galaktischen Zentrum eine viel geringere Temperatur zeigen. Auch schied das Schwarze Loch, SgrA*, als Hitzequelle aus. Denn wie bei einer Heizung, der man sich nähert, hätte die Temperatur von G2 steigen müssen, je näher die vermeintliche Staubwolke dem schwarzen Loch kommt. Die Temperatur blieb allerdings über einen langen Zeitraum konstant, obwohl die Distanz zum Schwarzen Loch variierte. Je intensiver G2 weltweit beobachtet wurde, desto mehr stellte sich heraus, dass das kosmische Objekt mehr sein musste als nur eine Gas- und Staubwolke.

Die neuen Ergebnisse zeigten, dass es sich bei G2 um drei einzelne Sterne handelt. „Wir hatten die Möglichkeit, selbst mehrere Male das Zentrum unserer Galaxie mit dem Very Large Telescope zu observieren. Zusammen mit den Daten aus dem Südsternwarten-Archiv konnten wir einen Zeitraum von 2005 bis 2019 abdecken“, erklärt Dr. Florian Peißker vom I. Physikalischen Institut und Erstautor der neuen Studie. Auch war die außergewöhnliche Struktur der Daten hilfreich um G2 zu finden. So hat jeder Pixel des aufgenommenen Bildes ein dazugehöriges Spektrum, welches einen ganz bestimmten und sehr detaillierten Wellenbereich abdeckt. Für die Wissenschaftler*innen bietet dies eine enorme Detailgenauigkeit. „Die reine Tatsache, dass es sich bei G2 um drei entwickelnde junge Sterne handelt, ist sensationell. Noch nie wurden Sterne um SgrA* observiert, die jünger waren als die gefundenen“, so Peißker.

Die Ergebnisse öffnen die Tür für viele weitere spannende Fragen. Zum Beispiel, woher diese jungen Sterne kommen. So ist die strahlungsintensive Umgebung eines supermassiven schwarzen Lochs nicht unbedingt der beste Ort, um junge Sterne zu produzieren. Peißker schlussfolgert: „Die neuen Ergebnisse liefern einzigartige Einblicke in die Wirkungsweise von Schwarzen Löchern. Wir können daher die Umgebung von SgrA* als Blaupause benutzen, um mehr über die Entwicklung und Abläufe von anderen Galaxien in ganz anderen Ecken unseres Universums zu lernen.“

Publikation:
https://arxiv.org/pdf/2112.04543
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac23df

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• Sternentwicklung

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Quelle: Universität zu Köln.

23. November 2021 – Seismische Daten aus Elysium Planitia, der zweitgrößten Vulkanregion des Mars, zeigen unter der Oberfläche eine dünne Sedimentschicht zwischen zwei erkalteten Lavaflüssen. Die Ergebnisse stammen aus Forschungen im Rahmen der NASA-Mission InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport), an der neben der Universität zu Köln weitere internationale Partner beteiligt sind. Die Studie ‘The shallow structure of Mars at the InSight landing site from inversion of ambient vibrations’ ist in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

Der Geophysiker und Erstautor der Studie Dr. Cédric Schmelzbach von der ETH Zürich analysierte mit einem internationalen Team anhand seismischer Daten die geologische Zusammensetzung der Elysium Planitia. Die Forscher*innen, zu denen auch die Erdbebenspezialistin Dr. Brigitte Knapmeyer-Endrun und der Doktorand Sebastian Carrasco (MSc) von der Erdbebenstation Bensberg der Universität zu Köln gehören, untersuchten den Untergrund bis in etwa 200 Meter Tiefe. Direkt unter der Oberfläche entdeckten sie eine etwa drei Meter dicke Regolithschicht aus überwiegend sandigem Material über einer 15 Meter dicken Schicht aus grobblockigem Auswurfmaterial – Gesteinsbrocken, die nach einem Meteoriteneinschlag herausgeschleudert wurden und auf die Oberfläche zurückfielen.

Unter diesen Oberflächenschichten identifizierten sie eine etwa 150 Meter dicke Schicht Basaltgestein aus abgekühlten Lavaflüssen. Das entsprach den Erwartungen der Wissenschaftler*innen über die Oberflächenstruktur. Zwischen den Lavaflüssen fand sich jedoch eine zusätzliche, 30 bis 40 Meter dicke Schicht mit niedriger seismischer Geschwindigkeit, was auf lockerere Sedimente im Vergleich zu den massiven Basaltschichten hindeutet.

Zur Datierung der flacheren Lavaströme verwendeten die Autor*innen Kraterzählungen aus vorhandener Forschungsliteratur: die Einschlagsrate von Meteoriten ermöglicht es, Gesteine zu datieren. Oberflächen mit vielen Einschlagskratern sind demnach älter als solche mit wenigen. Krater mit größerem Durchmesser reichen zudem bis in die unteren Schichten hinein und ermöglichen somit die Datierung des tiefer liegenden Gesteins, während die kleineren Krater die Datierung der oberen Gesteinsschicht ermöglichen.

Die Forscher*innen fanden heraus, dass die oberen Lavaströme etwa 1,7 Milliarden Jahre alt sind und während der Amazonischen Periode entstanden – einem vor circa 3 Milliarden Jahren einsetzenden geologischen Zeitalter des Mars, in dem wenige Meteoriten und Asteroiden einschlugen und kalte, extrem trockene Bedingungen vorherrschten. Im Gegensatz dazu bildete sich die tiefere Basaltschicht unter den Sedimenten viel früher, vor etwa 3,6 Milliarden Jahren während der Hesperianischen Periode, die durch weit verbreitete vulkanische Aktivität gekennzeichnet war.

Die Autor*innen nehmen an, dass die Zwischenschicht mit niedrigen vulkanischen Geschwindigkeiten aus Sedimentablagerungen besteht, die zwischen den Hesperianschen und den Amazonischen Basalten oder innerhalb der Amazonischen Basalte liegen. Diese Ergebnisse bieten zum ersten Mal die Möglichkeit, vor Ort durchgeführte Messungen mit Vorhersagen zu vergleichen, die auf geologischen Kartierungen aus der Planetenumlaufbahn beruhen. Vor der Landung der InSight Landeeinheit auf dem Mars hatte Dr. Knapmeyer-Endrun, basierend auf Daten von der Erde, Modelle zur seismischen Geschwindigkeitsstruktur in den oberen Gesteinsschichten der Landestelle erstellt. Die Messungen auf dem Mars zeigen nun eine zusätzliche Schichtung sowie insgesamt porösere Gesteine.

„Die Ergebnisse tragen nicht nur zu einem besseren Verständnis der geologischen Prozesse in Elysium Planitia bei. Der Vergleich mit Modellen von vor der Landung ist auch für künftige Marsmissionen wertvoll, da er dazu beitragen kann, die Vorhersagen zu verfeinern“, sagt Knapmeyer-Endrun. Ein besseres Verständnis der Eigenschaften des Untergrunds könne zudem dazu beitragen, beispielsweise seine Tragfähigkeit und Befahrbarkeit für Raumfahrzeuge zu beurteilen. Außerdem helfen Details über die Schichtung im flachen Untergrund zu verstehen, wo noch Grundwasser oder Eis vorkommen könnten. Sebastian Carrasco wird im Rahmen seiner Doktorarbeit den Einfluss des flachen Untergrundes in Elysium Planitia auf die seismischen Aufzeichnungen noch genauer untersuchen.

Der Mars-Lander InSight hat am 26. November 2018 in der Region Elysium Planitia die Marsoberfläche erreicht. Der Mars war schon in der Vergangenheit Ziel zahlreicher Forschungsmissionen, aber die InSight-Mission ist die erste, die den Untergrund mit seismischen Methoden vermisst.

Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) leitet InSight für das Science Mission Directorate der NASA. InSight ist Teil des Discovery-Programms der NASA, das vom Marshall Space Flight Center der Behörde in Huntsville, Alabama, verwaltet wird. Lockheed Martin Space in Denver hat das InSight-Raumfahrzeug einschließlich der Landestufe gebaut und unterstützt den Betrieb des Raumfahrzeugs im Rahmen der Mission. Eine Reihe von europäischen Partnern, darunter das französische Centre National d‘Études Spatiales (CNES) und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), unterstützen die InSight-Mission. Das CNES hat der NASA das Instrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) zur Verfügung gestellt, wobei die meisten Forscher*innen in diesem Bereich am IPGP (Institut de Physique du Globe de Paris) angesiedelt ist. Wichtige Beiträge für SEIS kamen vom IPGP, dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS), der ETH Zürich, dem Imperial College London und der Oxford University sowie dem JPL.

Publikation
https://www.nature.com/articles/s41467-021-26957-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-021-26957-7.pdf
DOI: 10.1038/s41467-021-26957-7

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• InSight auf Atlas V 401

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Quelle: Universität zu Köln.

14. September 2021 – Eine seit langem bestehende Problemstellung in den Naturwissenschaften und der Industriepraxis ist die Vorhersage des Böschungswinkels bzw. Schüttwinkels für aufgeschüttete Hügel aus trockenem zusammenhaltendem körnigem Material. Mithilfe von numerischen (partikelbasierten) Simulationen konnten die Geophysiker Dr. Eric Parteli (bis 2020 Universität zu Köln, nun Universität Duisburg-Essen) und Filip Elekes (Universität zu Köln) ein mathematisches Modell entwickeln und die bis Dato bestehende Wissenslücke schließen.

Viele erinnern sich noch an das Spielen im Sandkasten als Kind: Lässt man Sand aufeinander rieseln, dann bildet sich ein Sandkegel, der je nach Größe der Sandkörner etwas unterschiedlich aussieht. „In der Physik ist hier vor allem der Winkel des Schüttkegels, der durch den fließenden Sand entstanden ist, interessant, der sogenannte Böschungswinkel“, sagt Filip Elekes, Erstautor des nun in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlichten Artikels. „Der Böschungswinkel stellt ein Maß für das Fließverhalten des Granulats dar: Je fließfähiger das Granulat, desto kleiner der Böschungswinkel.“

Das Zusammenspiel aus Partikelgröße, Fließverhalten (Böschungswinkel) und Schwerkraft (Gravitationsbeschleunigung) ist für verschiedene industrielle Anwendungen von besonderer Wichtigkeit, wie etwa für die additive Fertigung (z.B. beim 3D-Druck). Auch in der Raum- und Planetenforschung wird das Verständnis für granulare Materie und Pulversysteme immer wichtiger. „In Zukunft sollen beispielsweise Bauteile für Raumsonden direkt in der Raumstation oder gar auf der Oberfläche des Mondes oder des Mars gedruckt werden“, so Dr. Parteli, der eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten sieht. Denn: Für die richtige Wahl der Partikelgröße muss der oben beschriebene Zusammenhang quantitativ verstanden werden. „Da setzen wir an. Ein mathematisches Modell für den Böschungswinkel als Funktion der Partikelgröße und der jeweiligen Gravitationsbeschleunigung würde Planetenforscher*innen ermöglichen, etwa aus den Hangneigungen einer außerirdischen Sedimentlandschaft auf die Partikelgröße einer Planetenoberfläche zu schließen.“

Um solch ein Modell zu erzielen, verwendeten die Wissenschaftler in ihrer Arbeit teilchenbasierte numerische Simulationen, auch Diskrete-Elemente-Simulationen genannt. Bei solchen Simulationen werden die Newtonschen Translations- und Rotationsbewegungsgleichungen für jedes einzelne Teilchen numerisch gelöst unter Berücksichtigung eines Modells für die auf die Teilchen wirkenden Kräfte. Diese Kräfte sind die Schwerkraft, die Kontakt- bzw. Reibungskräfte zwischen den miteinander in Berührung stehenden Partikeln sowie die recht schwach ausgeprägten elektrostatischen Kräfte, die zwischen Molekülen und Atomen stets wirken (van-der-Waals-Wechselwirkungen).

Mit Hilfe der Simulationen erzeugten sie zahlreiche Schüttkegelmodelle aus verschiedenen Kombinationen von Teilchendurchmesser und Gravitationsbeschleunigung, um aus den Ergebnissen dann eine mathematische Gleichung für den Böschungswinkel als Funktion dieser Parameter abzuleiten. „Wir haben dabei den Teilchendurchmesser systematisch von 50 Mikrometer bis 10 Meter variiert und die Gravitationsbeschleunigung von 6 Prozent der irdischen Schwerkraft, was etwa der Bedingung auf dem Planeten Pluto entspricht, bis hin zum hundertfachen der Gravitationsbeschleunigung der Erde“, beschreibt Filip Elekes die Bandbreite ihrer Arbeit. Als Granulat für ihre Simulationen nutzten sie Glaskugeln, da für Glaskugeln zahlreiche experimentelle Ergebnisse zum Böschungswinkel als Funktion des Teilchendurchmessers vorliegen. Mit diesen experimentellen Beobachtungen konnten sie ihr Modell unter irdischer Gravitationsbedingung validieren und eine mathematische Gleichung für den Böschungswinkel als Funktion des Partikeldurchmessers und der Gravitationsbeschleunigung entwickeln.

Ursprünglich hatten sich Filip Elekes und Dr. Eric Parteli die Frage gestellt: Sind Sandhügel auf dem Mond aufgrund der dort herrschenden niedrigeren Gravitationsbeschleunigung steiler als auf der Erde? Durch ihre Forschung können sie nun eine klare Antwort geben: „Ja“, hält Filip Elekes fest, dessen Bachelorarbeit 2018 mit dieser Ausgangsfrage den ersten Anstoß gab. „Ein Sandhügel – zumindest der in der Simulation aus Glaskugeln nachgebaute – ist auf dem Mond etwa 10° steiler als auf der Erde, da auf dem Mond nur 17 Prozent der irdischen Gravitation wirken.“ Auf dem Pluto, wo lediglich 6 Prozent der irdischen Gravitationsbeschleunigung vorhanden sind, wäre ein solcher Schüttkegel sogar 20° steiler als auf unserem Planeten. Die beiden Geophysiker beobachteten darüber hinaus, dass dieser Unterschied in dem Böschungswinkel für verschiedene Gravitationsbeschleunigungen größer wird, je kleiner der Partikeldurchmesser ist.

Link:
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2107965118

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• Fragen zur Gravitation

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Quelle: DLR.

Das „Living-Planet“-Symposium der ESA findet alle drei Jahre mit etwa 4000 – 5000 Teilnehmenden statt, zuletzt im Mai 2019 in Mailand – mit umfassender Unterstützung durch Stadt und Universität. Vom 23.-27. Mai 2022 soll die weltweit größte Fachkonferenz im Bereich der Erdbeobachtung erstmals nach Deutschland kommen – genauer gesagt ins WCCB in Bonn. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR, die im Auftrag der Bundesregierung das deutsche Engagement in der ESA koordiniert, hat hier ihren Sitz, ebenso verschiedene UN-Sekretariate mit Fokus auf Umwelt- und Klimafragen. Die Bundesstadt am Rhein ist seit neustem auch Heimat der Europäischen Wetterbehörde EZMW, die Universitäten in Bonn und Köln haben zudem gemeinsam mit dem Forschungszentrum Jülich im Jahr 2020 das CESOC (Center for Earth System Observations and Computational Analysis) gegründet.

Die Beobachtung der Erde aus dem All mithilfe von Satelliten ist ein wesentlicher Baustein für dauerhaftes, aktives Umwelt- und Klima-Monitoring und daraus abzuleitende Maßnahmen für den globalen und regionalen Umwelt- und Klimaschutz.

„Deutschland gehört zur Weltspitze bei der Entwicklung und Anwendung von Erdbeobachtungstechnologien. Als starker Partner der ESA freuen wir uns sehr, Co-Gastgeber des `Living Planet Symposiums‘ zu sein. Das Symposium ist eine hervorragende Gelegenheit für den internationalen Expertenaustausch zu aktuellen, uns alle betreffenden globalen Herausforderungen wie Klimaschutz, Ernährungssicherheit oder auch die Umsetzung nachhaltiger Technologien, die wir mithilfe von Erdbeobachtung fokussierter angehen können“, sagt Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstandsmitglied und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Wir möchten die Chance nutzen, die Themen der Veranstaltung mitzugestalten und wichtige umwelt- und klimapolitische Ziele im nationalen und internationalen Umfeld zu platzieren. Zugleich freue ich mich, dass rund um das Symposium viele Aktionen geplant sind, um den Nutzen und den Wert der Erdbeobachtung mithilfe von Satelliten und Satellitendaten verständlich zu machen.“

Toni Tolker-Nielsen, der kommissarische Direktor für die ESA-Erdbeobachtungsprogramme, betont: „Das anstehende Symposium wird die bisher umfassendste Veranstaltung sein. Wir werden alle möglichen Vorteile und Zukunftspotenziale der Erdbeobachtung erkunden und demonstrieren, vom Verständnis der Erdsysteme über das Aufbauen neuer Partnerschaften, um die Nutzerbasis zu erweitern und den Zugang zu Kapital zu verbessern, bis hin zur Förderung der grünen Wende, bei dem auf Erdbeobachtung basierende Dienste in die Politik integriert werden können.“

Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR unterstützt die ESA im Vorbereitungsteam, das DLR ist Co-Gastgeber der Konferenz. Weitere Informationen finden Sie auf der „Living Planet Symposium 2022 Webseite“: www.lps22.esa.int.

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• ESA-Living-Planet-Symposium 2022 in Bonn

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Quelle: Universität Köln.

Hoch in den Bergen Chiles, auf dem 5.600 Meter hohen Cerro Chajnantor in der Atacama-Wüste, befindet sich einer der trockensten Orte der Erde. Mithilfe des neu entstehenden Fred Young Submillimeter Telescope (FYST) erhoffen sich Astronomen neue Einblicke in die Entstehung der Sterne und Galaxien in unserem Universum. Forscher und Forscherinnen der Universität zu Köln unter Leitung von Professor Dr. Jürgen Stutzki sind an dem internationalen Konsortium von Wissenschaftlern beteiligt. Durch die Finanzierung der kanadischen Kooperationspartner mit 4,9 Millionen Dollar durch die Canada Foundation for Innovation ist das Projekt jetzt auf sichere Füße gestellt.

Das Weitwinkel-Teleskop FYST macht Beobachtungen im Submillimeter-Strahlungsbereich, der durch Wasserdampf in der Erdatmosphäre leicht verzerrt wird, so dass ein hoher und trockener Standort benötigt wird. Es ist mit seinem innovativen Weitwinkel-Design für die Messung von Licht aus den frühesten Momenten nach dem Urknall optimiert. Im Gegensatz zum sichtbaren Licht stammt die Submillimeter-Strahlung typischerweise aus Staub- und Molekülwolken, die ferne supermassereiche Schwarze Löcher und sternenreiche Galaxien umgeben, aber auch aus Regionen, in denen sich Sterne und Planetensysteme bilden. Daher sollen die Beobachtungen von FYST neben der Untersuchung dieser Regionen auch entscheidende Informationen über den Urknall liefern, indem sie die Beobachtungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, des ältesten Lichts im Universum, erklären.

Das Fred-Young-Submillimeter-Teleskop ist Teil des CCAT-prime-Projekts, einer internationalen Zusammenarbeit zwischen der Cornell University, dem kanadischen Atacama-Teleskop-Konsortium, das von der University of Waterloo geleitet wird und zu dem die Dalhousie University, die University of Alberta, die University of British Columbia und die University of Toronto gehören, und einem deutschen Konsortium aus der Universität Köln, der Universität Bonn und dem Max-Planck-Institut für Astrophysik. Das kanadische Team unter der Leitung von Michel Fich, Professor an der University of Waterloo, erhält für den Bau des Teleskops von der Canada Foundation for Innovation 4,9 Millionen Dollar.

„Wir freuen uns, dass unsere langjährigen Partner in CCAT-prime endlich auf sicheren finanziellen Füßen stehen“, sagt Jürgen Stutzki vom Institut für Astrophysik an der Universität zu Köln und Leiter des deutschen CCAT-prime Konsortiums. „Ihre Expertise in mehreren Wissenschaftsbereichen von CCAT-prime war und wird eine willkommene und notwendige Bereicherung für das Projekt sein. Durch das Teleskop werden wir Erkenntnisse zur Sternenentstehung als treibender Kraft der Entwicklung des Universums, von den Frühzeiten der ersten Sterne bis zum heutigen Universum gewinnen.“

Verwandte Meldung bei Raumfahrer.net:

• CCAT-prime: Bau hat begonnen (21. Dezember 2020)

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• CCAT-prime Teleskop (Fred Young Submillimeter Telescope FYST)

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Quelle: Universität Köln.

Die Bauarbeiten des CCAT-prime Teleskops auf dem 5.600 Meter hohen Cerro Chajnantor in Chile haben begonnen. Mit einer Sprengung wurden einige Felsen entfernt und die Planierraupen sind dabei, das Gelände für das Teleskop einzuebnen. In zwei Monaten wird dann das Fundament gegossen. Die ersten Teleskopteile, die in das Fundament eingebaut werden, sind bereits auf dem Weg nach Chile. Das Teleskop wird gemeinsam von der Cornell University (Ithaca, New York), einem deutschen Konsortium der Universitäten Köln und Bonn sowie dem Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching, sowie einem kanadischen Konsortium von acht Universitäten gebaut. Ende 2022 wird es den astronomischen Betrieb aufnehmen.

CCAT-prime ist zusammen mit dem ebenfalls auf dem Cerro Chajnantor im Bau befindlichen japanischen Infrarot-Teleskop TAO (University of Tokyo Atacama Observatory) das höchstgelegene Teleskop der Welt. Die große Höhe und die extrem trockene Luft in der Atacama-Wüste schaffen hervorragende Beobachtungsbedingungen.

Die Universität zu Köln entwickelt eines der beiden „first-light“-Instrumente für CCAT-prime, den CHAI (CCAT Heterodyne Array Instrument) Empfänger, der mit 64 Bildpunkten am Himmel gleichzeitig Spektren aufnimmt und so eine extrem effiziente großräumige Kartierung interstellarer Wolken in der Milchstraße und in nahen Galaxien ermöglicht. Ein zweites Instrument, gebaut an der Cornell University und unter Beteiligung kanadischer Institute, wird kosmologische Beobachtungen machen. Das zentrale Forschungsinteresse von CCAT-prime ist es, die Entwicklung der Galaxien, vorangetrieben durch die Sternentstehung, im Laufe der Geschichte des Universums nachzuvollziehen. Das Projekt wurde auf deutscher Seite maßgeblich aus Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen ihres Großgeräte-Programms und des Sonderforschungsbereichs 956 „Bedingungen und Auswirkungen der Sternentstehung – Astrophysik, Instrumentierung und Labor“ finanziert.

Die COVID-19-Pandemie hat den Baubeginn in Chile ebenso wie den Aufbau des Teleskops um einige Monate verzögert. Das Teleskop wird zunächst in Deutschland komplett montiert und getestet, bevor es für den Transport nach Chile in einige große Blöcke zerlegt wird und dann in Chile auf 5.600 Metern Höhe zusammengebaut und in Betrieb genommen wird.

Publikation:
https://as.cornell.edu/news/ground-broken-chile-alum-backed-telescope

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• CCAT-prime Teleskop (Fred Young Submillimeter Telescope FYST)

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Ein Beitrag von Felix Herrmann. Quelle: NASA News Release.

Laut der aktuellen Ausgabe des Fachblatt Nature, das von der NASA und von einigen Universitätswissenschaftlern herausgeben wird, nieselt ständig ein Regen aus flüssigem Methan auf die Oberfläche von Titan, einem der Monde von Saturn.
Daten der Raumsonde Huygens von der Europäischen Raumfahrtagentur (ESA) deuten darauf hin, das eine niedrige, kaum erkennbare Methan-Stickstoffwolke „Regentropfen“ auf die Oberfläche von Titan fallen lässt. Dies berichtet ein Team von Wissenschaftlern verschiedener Universitäten, Observatorien und der NASA. Die Sonde sammelte die Daten am 14. Januar 2005, als sie Titan erreichte und auf dem Mond landete.

„Der Regen auf Titan ist nur ein leichter Niesel, aber es regnet die ganze Zeit, tagaus, tagein. Es macht den Boden nass und schlammig, bedeckt mit flüssigem Methan. Darum ist auch die Huygens-Sonde so unsanft gelandet. Sie ist in Methanschlamm aufgekommen“, berichtet Christopher McKay, ein Wissenschaftler am NASA-Ames-Forschungszentrum im Kalifornischen Silicon Valley und Mitautor der Studie. Der Urheber des Berichts ist allerdings Tetsuya Tokano vom Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität Köln in Deutschland.

Auf Titan sind alle Wolken und jeder Niederschlag aus flüssigem Methan. Auf der Erde ist Methan ein hochentzündliches Gas, aber auf Titan gibt es keinen Sauerstoff in der Atmosphäre, sodass eine Verbrennung unmöglich ist. Auch die Temperaturen auf dem Trabanten sind extrem niedrig – Minus 300° Fahrenheit (Minus 149° Celsius) – so kalt, dass Methan flüssig wird. Die Landschaft auf Titan zeigt auch flussähnliche Strukturen, die möglicherweise durch den Methanregen enstanden sind.

Aber etwas trennt Wolke aus Flüssigmethan – die Quelle des Regens – laut der wissenschaftlichen Studie von höher positionierten Eismethanwolken. Experten sagen, das der Abwärtsfluss des Methans aufgrund des Regens eine Folge einer ausgedehnten atmosphärischen Zirkulation, die unter anderem Methangas in höhere Gefilde transportiert, ist.

Nach den Aussagen der Forscher sind die den Methanregen ausstoßenden Wolken sehr dünn. Die höheren Wolken bestehen aus gefrorenem Methan, die niedrigeren Wolken sind flüssig und bestehen aus einer Verbindung von Methan und Stickstoff. Computersimulationen sagen voraus, das diese dünnen, flüssigen Methanwolken über die Hälfte von Titan bedecken.

„Wir haben herausgefunden, dass der Jahresniederschlag an Methan ungefähr 2 inches (circa 5 Zentimeter) beträgt“, berichtet McKay. „Das ist vergleichbar mit der Menge im Death Valley. Der Unterschied ist, dass auf Titan der Regen durchgehend das ganze Jahr vom Himmel fällt.“

Die Wissenschaftler berichten, dass die Möglichkeit von Bodenerosionen sehr begrenzt ist, da es eben nur ein sehr leichter Methanniesel sei. Aber trotzdem ist der Regen ausreichend, um die Oberfläche zu durchnässen, und dies erklärt wahrscheinlich die generell feuchten, schlammigen Eigenschaften des Bodens.

Zusätzlich zu McKay waren an den Forschungen noch die Co-Autoren Fritz Neubauer vom Kölner Institut für Geophysik und Meteorologie, Sushil Atreya von der Universität von Michigan in Ann Arbor, Francesca Ferri von der Universität von Padua in Italien, Marcello Fulchignoni vom Pariser Observatorium und von der Pariser Denis-Diderot-Universität sowie Hasso Niemann von der NASA, Abteilung Goddard-Raumfahrtzentrum in Greenbelt beteiligt.

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