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Sonne im Visier: Maßgeschneiderte Lösung für kollaborative Erforschung

14. Mai 2019. Europas größtes Sonnenteleskop GREGOR nimmt seit 2014 von Teneriffa aus die Sonne ins Visier und hat in dieser Zeit große Mengen an sehr komplexen, multidimensionalen Daten gesammelt. Damit diese nutzbar und zugänglich sind, entwickelten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Sonnenphysik und E-Science am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) eine Kollaborative Forschungsumgebung (engl. Collaborative Research Environment, CRE). Die Ergebnisse stellten sie in einer nun erschienenen Sonderausgabe der Astrophysical Journal Supplement Series zum Thema Big Data in der Sonnen- und Sternphysik vor.
Sonne im Visier: Maßgeschneiderte Lösung für kollaborative Erforschung

Dreidimensionales Strömungsfeld auf der Sonne am 26. September 2016, rekonstruiert aus GREGOR-Daten. Bild: Carsten Denker/AIP

Mit GREGOR verfolgen Astronominnen und Astronomen des AIP mit hoher räumlicher, zeitlicher und spektraler Auflösung aktive dynamische Prozesse auf der Sonne. Dabei stehen sie hinsichtlich der Beobachtung und Datenerfassung vor besonderen Herausforderungen, die sich aus unterschiedlichen Faktoren ergeben: Turbulenzen in der Erdatmosphäre beeinträchtigen die Bildqualität, kleine solare Strukturen entwickeln sich auf kurzen Zeitskalen von wenigen Sekunden bis zu Minuten und bei großformatigen Detektoren fallen sehr große Datenmengen an.

“Mit den leistungsfähigen Instrumenten am GREGOR Teleskop sind wir in der Lage, selbst kleinste Strukturen auf der Sonnenoberfläche zu erkennen und alle 10 bis 20 Sekunden Zeitserien hochaufgelöster Bilder zur Verfügung zu stellen,“ fasst Prof. Carsten Denker, Leiter der Arbeitsgruppe „Optische Sonnenphysik“ am AIP zusammen. „Ein rekonstruiertes Bild alle 20 Sekunden basiert auf einigen Hundert Einzelbildern. Das entspricht einer Menge von etwa 200.000 Bildern oder 4 Terrabytes pro Beobachtungstag.“

Die große Menge und die Qualität der anfallenden hochaufgelösten Bilder und Spektren sowie der benötigte Rechenaufwand in der Nachbearbeitung machen umfangreiche und effiziente Strukturen für Speicherung und Archivierung notwendig. Für die optimale Nutzung der Daten des Sonnenteleskops GREGOR wurde deshalb am AIP nun ein leistungsfähiges CRE implementiert. Diese Infrastruktur diente im ersten Schritt als zentraler Datenknotenpunkt innerhalb des GREGOR-Konsortiums, steht nun aber allen interessierten Wissenschaftlern offen. Das AIP bietet mit dem System sowohl die Speicherung der Daten als auch Zugriff darauf. Rechenressourcen sowie angepasste Werkzeuge für die Analyse und Datenverarbeitung sind ebenfalls integrale Bestandteile. Zudem werden über die CRE gut gepflegte, ausgewählte und aufbereitete Daten für die wissenschaftliche Gemeinschaft veröffentlicht.

Damit Forschungsdaten möglichst vielen Wissenschaftlern oder auch der interessierten Öffentlichkeit zur Verfügung stehen, hat sich in den letzten Jahren zunehmend das Open Access Paradigma etabliert. Auch das jetzt entwickelte CRE für die GREGOR-Daten knüpft an dieses Leitbild an und ist dezidiert auf die Anforderungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft für hochauflösende Sonnenphysik zugeschnitten. In dem nun veröffentlichten Artikel geben die AIP-Wissenschaftler um Prof. Carsten Denker einen Überblick über die GREGOR-Daten – von den Photonen, die auf den Detektor treffen bis hin zum finalen Datenprodukt. Zudem beschreiben sie den entwickelten Ansatz zur systematischen Verarbeitung, Analyse, Verwaltung und Archivierung dieser Daten.

Das AIP hat sich unter anderem die Entwicklung von Forschungstechnologie und E-Infrastruktur als strategisches Ziel gesetzt. In enger Zusammenarbeit der beiden Forschungsbereiche E-Science und Sonnenphysik entstand so eine maßgeschneiderte Lösung für die datenspezifischen Herausforderungen hochauflösender solarer Beobachtungen, die an bodengebundenen Sonnenteleskopen wie GREGOR aufgenommen werden.

 

GREGOR Konsortium

Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg

Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)

Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen

Instituto de Astrofísica de Canarias, Kanarische Inseln

 

Weitere Informationen

Fachartikel: https://doi.org/10.3847/1538-4365/aab773

Sonnenteleskop GREGOR: GREGOR

Kollaborative Forschungsumgebung (CRE): gregor.aip.de

 

Wissenschaftlicher Kontakt

apl. Prof. Dr. Carsten Denker,0331-7499 297, cdenker@aip.de

 

Pressekontakt

Dr. Janine Fohlmeister, 0331-7499 802, presse@aip.de

 

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.