Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 5. März 2024.

5. März 2024 – Um Abertausende von Sonnenflecken in historischen Zeichnungen der Sonne zu zählen, sucht ein gemeinsames Forschungsprojekt des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) aus Göttingen und des italienischen Nationalen Instituts für Astrophysik (INAF) die Unterstützung engagierter Amateurforscher*innen. Ihre Aufgabe ist es, die fast täglichen Beobachtungen der Sonne zu sichten, die der Astronom Angelo Secchi und seine Mitarbeiter zwischen 1853 und 1878 in detaillierten Zeichnungen festgehalten haben. Die Sammlung ist einer der umfassendsten Datensätze zu Sonnenfleckenbeobachtungen des 19. Jahrhunderts. Solche historischen Daten helfen zu verstehen, wie aktiv unser Stern einst war – und was er in Zukunft für uns bereithalten könnte. Das Projekt „Sunspot Detectives“ wurde heute auf der Citizen Science Plattform Zooniverse freigeschaltet.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts entstand in Rom eine einzigartige Sammlung von Beobachtungsdaten der Sonne. Vom neu errichteten Observatorium der Jesuitenschule Collegio Romano auf dem Dach der Kirche Sant‘Ignazio schauten der Jesuitenpater und Astronom Angelo Secchi, seine Mitarbeiter und Assistenten mehr als drei Jahrzehnte lang regelmäßig auf unser Zentralgestirn und übertrugen ihre Beobachtungen in beinahe tägliche Bleistiftzeichnungen. Mit feinen Strichen markierten sie darin unter anderem Größe, Form und Lage aller dunklen Flecke, die sie mit Hilfe ihrer Teleskope erkennen konnten. Seit vergangenem Jahr sind die mehr als 5400 Zeichnungen, die dem italienischen Nationalen Institut für Astrophysik (INAF) gehören und im Astronomischen Observatorium Rom bewahrt werden, vollständig digitalisiert und damit für die Forschung nutzbar. Das riesige Konvolut auszuwerten ist eine gewaltige Aufgabe. Forscher*innen des MPS und des INAF setzen deshalb auf die Citizen Science Plattform Zooniverse.

Solare Geschichtsforschung
„Wenn wir heute auf die Sonne schauen, sehen wir nur eine Momentaufnahme, einen winzigen Ausschnitt in ihrem schon 4,6 Milliarden Jahre währenden Leben“, erklärt Dr. Theodosios Chatzistergos vom MPS, der das Zooniverse-Projekt „Sonnenfleck-Detektive“ ins Leben gerufen hat. „Erst ein Blick zurück in die Geschichte der Sonne hilft uns einzuschätzen, zu welchem Verhalten unser Stern prinzipiell fähig ist – und was in Zukunft möglicherweise von ihm zu erwarten ist“, fügt er hinzu. Bekannt ist, dass die Sonne Phasen schwächerer und stärkerer Aktivität durchläuft. Einem grob elfjährigen Aktivitätszyklus sind dabei deutlich längere Schwankungen überlagert. In aktive Phasen ist die Sonne ein Feuerwerk: Häufig kommt es zu Teilchen- und Strahlungsausbrüchen; der Sonnenwind, der stetige Strom geladener Teilchen von der Sonne, „weht“ besonders stark; die Gesamtstrahlungsintensität der Sonne nimmt zu; und viele dunkle Sonnenflecke – häufig in Gruppen angeordnet – überziehen ihre Oberfläche. In ruhigen Phasen zeigen sich solch dunkle Gebiete nur selten oder bleiben ganz aus.

In der „solaren Geschichtsforschung“ kommt den Sonnenflecken deshalb eine zentrale Rolle zu. Da sie sich schon mit einfachen Hilfsmitteln beobachten lassen, verfolgen Astronom*innen ihre Anzahl und Entwicklung seit mehr als vier Jahrhunderten. „Die Anzahl der Sonnenflecken ist die wichtigste historische Messgröße zur Sonnenaktivität der Neuzeit. Sie ist das einzige direkte Maß für die Aktivität unseres Sterns über die vergangenen vier Jahrhunderte“, so Chatzistergos. „Die Sonnenfleckenzahl erlaubt es uns, das Verhalten der Sonne über mehrere hundert Jahre zurückzuverfolgen und mit dem heutigen Zustand der Sonne zu vergleichen“, fügt er hinzu.

Eine Sonne, viele Beobachter
Umso wichtiger ist es, dass Forschenden möglichst präzise Beobachtungsdaten zur Sonnenfleckenzahl vorliegen. Die bisher nicht systematisch ausgewerteten Aufzeichnungen, die von 1853 bis 1886 am Collegio Romano entstanden, versprechen besonders aussagekräftig zu sein. Die meisten anderen Beobachtungsreihen aus demselben Jahrhundert, die etwa in Dessau, Palermo, Potsdam oder Surrey entstanden, umfassen kürzere Zeiträume, sind weniger detailreich gezeichnet oder enthalten nur tabellarisch die Anzahl der Flecken.

„Die Aufzeichnungen von Secchi und seinen Mitarbeitern sind die detailliertesten Daten über Sonnenflecken und andere ruhige und magnetische Regionen, die in diesem Zeitraum von der Sonnenoberfläche entstanden sind“, sagt Dr. Illaria Ermolli vom INAF. „Zusätzlich zu den Informationen über die Position und die Fläche der Sonnenflecken enthalten viele Zeichnungen auch Daten über Sonnenfackeln, Spikulen und Protuberanzen sowie darüber, wie sich diese Regionen entwickelt haben. Zudem weisen Anmerkungen auf historische und natürliche Ereignisse hin, wie beispielsweise Feindseligkeiten in der Stadt und die Beobachtung spektakulärer Polarlichter“, ergänzt Ermolli. Als Sonnenfackeln bezeichnen Wissenschaftler*innen besonders helle Gebiete auf der Sonnenoberfläche, die oftmals mit Sonnenflecken einhergehen; Spikulen und Protuberanzen sind Strukturen, die sich am Sonnenrand zeigen.

Den Datenschatz Secchis wissenschaftlich auszuwerten, ist ein gewaltiges Unterfangen – und das nicht nur wegen des riesigen Umfangs des Konvoluts, das mehrere tausend Ansichten der gesamten Sonnenscheibe umfasst. Die Skizzen, die Secchi und seine Mitstreiter sorgfältig auf Papier anfertigten, zeigen deutlich Spuren ihres Alters: Auf vielen Seiten finden sich dunkle Verfärbungen, die oft nur schwer von den gemalten Sonnenflecken zu unterscheiden sind. Zudem haben die verschiedenen Beobachter – neben Secchi lassen sich mindestens fünf weitere identifizieren – die Sonnenflecken sehr unterschiedlich zu Papier gebracht. Während Secchi selbst die Sonnenflecke eher in groben Umrissen andeutete, waren einige seiner Mitstreiter mit mehr Liebe zum Detail (und möglicherweise zeichnerischem Talent) bei der Sache. Mit feinen Bleistiftstrichen hielten sie detailreich die Feinstruktur jedes einzelnen Flecks fest.

„Um alle Sonnenflecken zu identifizieren, braucht es einen sorgfältigen und vor allem menschlichen Blick auf jede Zeichnung“, so Chatzistergos. Versuche, diese Aufgabe in einem automatisierten Prozess zu erleichtern, lieferten keine befriedigende Ergebnisse.

Viele helfende Augen
Ab heute stehen auf der Plattform Zooniverse mehr als 15.000 Bilder bereit, die Ausschnitte der historischen Zeichnungen zeigen. Die Ausschnitte enthalten jeweils Gruppen eng benachbarter und zum Teil recht kleiner Sonnenflecke. Die Forschenden hoffen nun auf viele Sonnenfleck-Detektive. Um verlässliche Zahlen zu bekommen, müssen möglichst viele Laienforscher jeden Bildausschnitt bearbeiten. Ein Jahr lang sind die Bilder zugänglich.

Das Webportal Zooniverse bietet eine Plattform für Forschungsprojekte, die auf die Mithilfe von Laien setzen, so genannte Citizen Science Projekte. Das Portal wird betrieben von der Citizen Science Alliance, die sich aus Vertreter*innen sieben renommierter Forschungs- und Bildungseinrichtungen zusammensetzt. Zu diesen Einrichtungen zählen etwa das Adler Planetarium in Chicago (USA), die Oxford University (England) und die Johns Hopkins University (USA). Die mehr als 90 Forschungsprojekte auf Zooniverse sind äußerst vielfältig und stammen aus Bereichen wie Astronomie, Biologie, Medizin, Geschichte und Linguistik. So können die Hobbyforscher*innen etwa Seevögel zählen, einzelne Elefanten an Hand ihrer charakteristischen Ohrenmerkmale identifizieren, historische Handschriften transkribieren oder die ersten Sprechversuche von Kleinkindern interpretieren. Projekte aus dem Bereich der Astronomie und Weltraumforschung zählten zu den ersten Citizen Science Projekten und sind auch bei Zooniverse stark vertreten.

Originalveröffentlichung
I. Ermolli, T. Chatzistergos et al.:
Solar Observations by Angelo Secchi. I. Digitization of Original Documents and Analysis of Group Numbers over the Period of 1853–1878,
The Astrophysical Journal Supplement Series, 269:53 (19pp), 2023 December
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/ad0886
pdf: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/ad0886/pdf

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Unsere Sonne

Der Beitrag Historische Sonnenflecke: Ein, zwei drei …. ganz viele erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA 11. Mai 2022.

Rosetta umkreiste zwischen 2014 und 2016 über zwei Jahre lang den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Die Raumsonde untersuchte den Kometen aus nächster Nähe und sammelte dabei einzigartige Daten, um einige der faszinierendsten Geheimnisse über die Entstehung und Entwicklung unseres Sonnensystems zu lüften. Auf halbem Weg der Forschungsreise von Rosetta näherte sich der Komet der Sonne – ein Moment, der als „Perihel“ bekannt ist. Der Komet 67P hat sich nach diesem geringsten Abstand von unserem Stern von etwa 186 Millionen km wieder entfernt. Dies hatte zur Folge, dass seine Oberfläche im Laufe der Rosetta-Mission auf unterschiedliche Weise beleuchtet wurde.

Rosetta konnte auf dem Kometen 67P viele Oberflächenveränderungen beobachten: vom beeindruckenden Einsturz von Klippen und der Bildung von Gruben bis hin zu sich entwickelnden Staubmustern und rollenden Felsbrocken. Die Wissenschaftler*innen wollen diese Veränderungen nutzen, um den detaillierten Mechanismus zu untersuchen, durch den ein Komet seine äußeren Schichten abwirft, wenn das Sonnenlicht das Eis und den Staub um den Kern herum erhitzt.

Aufgrund der enormen Anzahl von Oberflächenveränderungen ist es jedoch eine äußerst komplexe Aufgabe, diese zu erfassen. Die Wissenschaftler*innen brauchen also Hilfe.

Gigantische Datenmengen brauchen eine gigantische Anzahl von Augen
„Das für Wissenschaftler*innen und die Öffentlichkeit frei zugängliche Rosetta-Archiv enthält eine gewaltige Menge an Daten, die von dieser außergewöhnlichen Mission gesammelt wurden und nur teilweise erforscht sind“, sagt Bruno Merín, Leiter des ESAC Science Data Centre der ESA in der Nähe von Madrid, Spanien.

„Astrofotograf*innen und Raumfahrtenthusiast*innen haben in den letzten Jahren spontan Veränderungen und Anzeichen von Aktivität in den Bildern von Rosetta entdeckt. Bis auf wenige Ausnahmen war es jedoch nicht möglich, diese Ereignisse mit Veränderungen an der Oberfläche in Verbindung zu setzen. Das liegt vor allem daran, dass es an menschlichen Augen fehlt, die den gesamten Datensatz durchsuchen können. Wir brauchen unbedingt mehr Augen!“

Die ESA hat sich deshalb mit Zooniverse zusammengetan, der weltweit größten und beliebtesten Plattform für Forschung, die von Bürgern betrieben wird. Das neue Projekt „Rosetta Zoo“ präsentiert einen besonderen Datensatz: von Rosettas OSIRIS-Kamera aufgenommene Bildpaare, die die Oberfläche des Kometen 67P vor und nach dem Perihel zeigen.

Freiwillige sind eingeladen, sich Bilder von ungefähr derselben Region nebeneinander anzuschauen und eine Vielzahl von Veränderungen zu erkennen, vom großflächigen Staubtransport bis hin zu Kometenbrocken, die sich bewegt haben oder sogar verschwunden sind. Hierzu muss man manchmal ein paar Mal heran- oder wegzoomen oder die Bilder drehen, um Veränderungen in verschiedenen Maßstäben festzustellen und den ikonischen Kometen hautnah zu erleben.

„Bei der Komplexität der Bilder ist das menschliche Auge viel besser in der Lage, kleine Veränderungen zwischen den Bildern zu erkennen als automatisierte Algorithmen“, erklärt Sandor Kruk, Postdoktorand am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in der Nähe von München, der das Projekt während seines Forschungsstipendiums bei der ESA vor ein paar Jahren geplant und begonnen hat.

„Die OSIRIS-Bilder sind bereits seit einiger Zeit in den Archiven öffentlich zugänglich, aber viele Bilder wurden noch nicht auf Veränderungen der Kometenoberfläche hin ausgewertet. Deshalb haben wir uns entschieden, dieses Bürgerforschungsprojekt ins Leben zu rufen und Freiwillige zu bitten, Rosetta-Bilder von 67P zu untersuchen. Wir hoffen, dass angesichts der Begeisterung, die Rosetta während der Mission ausgelöst hat, viele Menschen an diesem Projekt teilnehmen werden, um die Wissenschaftler*innen bei der Analyse der von Rosetta erzeugten Daten zu unterstützen.“

Mithilfe der Bürger*innen wird unser Verständnis des Sonnensystems besser
Dank der visuellen Untersuchung vieler Freiwilliger wird das Projekt Karten von Veränderungen und aktiven Bereichen auf der Oberfläche des Kometen mit Etiketten für jede Art von Veränderung erstellen. Die Wissenschaftler*innen können dann die Aktivität des Kometen mit den Veränderungen auf seiner Oberfläche abgleichen und neue Modelle ausarbeiten, um die Physik der Kometenaktivität mit den beobachteten Veränderungen wie verschobenen Felsbrocken oder eingestürzten Klippen zu verbinden.

Wer sich durch die Bilder von Rosetta durcharbeitet und „Finde den Unterschied“ spielt, kann dabei helfen, unser Verständnis von Kometen und dem Sonnensystem als Ganzes zu erweitern. Das Projekt bietet jedoch beiden Seiten Vorteile: Wir hoffen, dass wir durch die Öffnung dieser Daten für die Öffentlichkeit die Transparenz unserer Arbeit verbessern, das Engagement der Bevölkerung in der wissenschaftlichen Forschung erhöhen können und stärkere Verbindungen zwischen Wissenschaft und Gesellschaft schaffen.

Alle können Rosetta Zoo kostenlos online nutzen, ohne sich anzumelden, eine App oder ein Programm zu installieren oder über wissenschaftliche Vorkenntnisse zu verfügen. Finden Sie die Unterschiede zwischen so vielen oder so wenigen Bildpaaren, wie Sie gerade Zeit haben – egal, ob es fünf Minuten beim Warten auf den Bus sind oder regelmäßige Kometen-Erkundungs-Abende.

Wie sieht ein primitiver Komet aus? Das weiß niemand, aber dank der Hilfe von Freiwilligen können wir herausfinden, wie sich Kometen heute entwickeln, und die physikalischen Faktoren verstehen, die diese Veränderungen bewirken. Dann können wir den Film der Kometenentwicklung bis zum Ursprung des Sonnensystems zurückspulen“, fügt Planetenforscher Jean-Baptiste Vincent vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin hinzu.

Links:
Rosetta Zoo (Englisch/Italienisch): https://www.zooniverse.org/projects/ellenjj/rosetta-zoo
Zooniverse: https://www.zooniverse.org/

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• OSIRIS Foto

Der Beitrag ESA: Bürgerforschungsprojekt zu Rosetta-Bildern erschien zuerst auf Raumfahrer.net.