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MIT - „Global Seed Fund“ fördert DSI Nachwuchswissenschaftler

Karsten Schindler erforscht zusammen mit Wissenschaftlern am MIT den Rand unseres Sonnensystems

11. Februar 2019; Dörte Mehlert (mehlert@dsi.uni-stuttgart.de)

Der „Global Seed Fund“ des Massachusetts Institute of Technology (MIT) ermöglicht ambitionierten Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern der Universität Stuttgart eine Anschubfinanzierung für ihre Forschungsprojekte. Außerdem soll er die Partnerschaft zwischen dem MIT und der Universität Stuttgart vertiefen. Karsten Schindler vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) war bei der letzten Ausschreibung mit seinem Projekt „A peek into the outer solar system through stellar occultations“ erfolgreich, welches mit 24.200 US-Dollar gefördert wird.

Vermessen von Himmelskörpern am Rande des Sonnensystems
Gemeinsam mit Amanda Bosh und ihren Kollegen am MIT beschäftigt sich Karsten Schindler mit der Messung von sogenannten Sternbedeckungen. Dabei kreuzt ein Körper in unserem Sonnensystem auf seiner Bahn eine gedachte Linie zwischen einem Beobachter auf der Erde und einem Stern, der damit für eine messbare Zeitdauer verdeckt wird - analog wie bei einer Sonnenfinsternis. Mit einer schnellen Kamera und genauer Zeiterfassung können Astronomen aus der Dauer der Bedeckung Rückschlüsse auf die Größe und Form eines Objekts schließen. Aus dem Verlauf der gemessenen Lichtkurve können sie sogar den Nachweis einer Atmosphäre oder eines Ringsystems erbringen. Die allermeisten Kleinplaneten in unserem Sonnensystem sind so weit von der Erde entfernt, dass selbst die leistungsstärksten Teleskope sie nicht mehr räumlich auflösen können. Sternbedeckungen sind daher fast immer der einzige Weg, einen solchen Körper direkt zu vermessen.

Erkenntnisse über Größe, Oberflächenbeschaffenheit und Form
Das Interesse der Wissenschaftler gilt insbesondere Körpern im äußeren Sonnensystem, den so genannten trans-Neptunischen Objekten, deren Bahnenjenseits des Neptuns verlaufen. Der bekannteste Vertreter dieser Gruppe ist Pluto. Seit den 90er Jahren wurde eine Vielzahl an Objekten im äußeren Sonnensystem entdeckt. Dies hat letztlich Pluto den Planetenstatus gekostet. Über die physikalischen Parameter dieser Objekte ist bislang nur sehr wenig bekannt. Erst im letzten Jahrzehnt gelangen vor allem durch Messungen von Sternbedeckungen erste Einblicke in die Natur dieser Körper. Dabei trat eine überraschende Vielfalt hinsichtlich Größe, Reflektionsvermögen, Oberflächenbeschaffenheit und Form zu Tage. 

In der Theorie ist die Vorgehensweise denkbar einfach: Kennt man die Bahn eines Körpers, lässt sich vorhersagen, wann und von welchem Ort auf der Erde eine Bedeckung eines Sterns beobachtet werden kann. In der Praxis ist das viel leichter gesagt als getan. Erst seit Kurzem kennt man die Position von Sternen dank der europäischen Satellitenmission Gaia sehr präzise. Um die Bahnparameter des Körpers exakt bestimmen zu können, muss dessen Position im Verlauf der Zeit immer wieder vermessen werden, idealerweise über einen weiten Teil seiner Umlaufbahn. Dies gestaltet sich jedoch bei Objekten jenseits des Neptuns mit mehreren hundert Jahren Umlaufzeit als schwierig. Umso genauer muss die Position interessanter Objekte vermessen werden, um ihre scheinbare Bahn am Himmel hinreichend extrapolieren zu können und Vorhersagen von Sternbedeckungen mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen.

SOFIA ermöglicht sehr gute Beobachtungen von Sternbedeckungen
Mit der fliegenden Sternwarte SOFIA, dem Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie, dessen deutscher Beitrag seine Heimat an der Universität Stuttgart am Institut für Raumfahrtsysteme hat, steht eine einzigartige Plattform zur Beobachtung solcher Ereignisse zur Verfügung. SOFIA kann zur richtigen Zeit zum richtigen Ort fliegen und damit auch in schwierig zugängigen Teilen der Erde und unabhängig vom Wetter Sternbedeckungen beobachten. Dies gelang in der Vergangenheit bereits unter Leitung von Forschern des MIT u.a. für Pluto, den Neptunmond Triton, und den Saturnmond Titan. „Das Seed Fund Projekt zielt darauf ab, Sternbedeckungen weiterer interessanter Körper mit noch deutlich größerem Abstand zur Erde mit so hoher Genauigkeit vorhersagen zu können, dass wir diese im Idealfall mit SOFIA beobachten können“, erklärt Karsten Schindler. Dazu müssen die jüngsten Fortschritte in der genauen Kartografierung des Sternhimmels (Gaia DR2 Sternenkatalog, erschienen April 2018)  zum Tragen kommen und neue Werkzeuge entwickelt werden, um die Daten nutzen zu können.

Gemeinsames Beobachtungsprogramm von MIT und Universität
„Wir planen, Studierende der Universität Stuttgart aktiv in diese Forschung einzubinden und Kurzzeitaufenthalte am MIT zu ermöglichen, insbesondere als Katalysator für mögliche Abschlussarbeiten“, so Schindler. Aufenthalte von Studierenden und Forschenden des MIT sollen die Zusammenarbeit bei der Datenauswertung, Interpretation und Veröffentlichung vergangener Beobachtungen intensivieren und das gemeinsam koordinierte Beobachtungsprogramm auf SOFIA weiter stärken und ausbauen. Außerdem ist angedacht, dass Studierende beider Einrichtungen Beobachtungen von Sternbedeckungen an bodengebundenen Großteleskopen in den USA und Europa unterstützen werden und damit einmalige Einblicke in die astronomische Forschungslandschaft erhalten. Und sollte der Schatten einer Bedeckung einmal über Kalifornien streifen, steht das ferngesteuerte, astronomische Teleskop der Universität Stuttgart (ATUS) bereit, das bereits wertvolle Daten zu vergangenen Ereignissen geliefert hat.

Das Programm Global Seed Fund wird von der MIT International Science and Technology Initiative (MISTI) verwaltet.





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Kontakt: Dörte Mehlert, Email: mehlert@dsi.uni-stuttgart.de; Tel.:0711 - 685-69632

SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301 und 50OK1701) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.