Geo- und Raumwissenschaften

Analyse der Schwankungen der Fe-K-Alpha-Linie im System Cygnus X-1

Analyse der Schwankungen der Fe-K-Alpha-Linie im System Cygnus X-1

Cygnus X-1 ist ein System im Weltraum, das aus zwei Sternen besteht und Röntgenstrahlung aussendet. Aus astronomischen Messreihen ist bekannt, dass die von Ferne beobachtbare Wasserstoffkonzentration dieses Sternsystems unregelmäßigen Schwankungen unterliegt. Johannes Klatt überprüfte diese Beobachtung auf Grundlage eines Datensatzes des RXTE-Satelliten aus dem Jahr 2007. Dieser künstliche Himmelskörper ist auf Röntgenquellen spezialisiert. Damit gelang es dem Jungforscher, die Beobachtung zu belegen. Darüber hinaus konnte er durch statistische Analysen nachweisen, dass hohe Wasserstoffwerte des Doppelsterns mit einer niedrigeren Abgabe von Röntgenstrahlung durch Eisenatome einhergehen. Ein ähnlicher Effekt ist bereits vom Neutronenstern Hercules X-1 bekannt.

Bestimmung der Funktionen der Galileischen Monde zur Ermittlung astronomischer Kenngrößen

Bestimmung der Funktionen der Galileischen Monde zur Ermittlung astronomischer Kenngrößen

Während 32 Nächten hat Mathis Harder über 100 Stunden lang die vier größten Jupitermonde mit einem Spiegelteleskop beobachtet und deren Positionen auf Digitalbildern dokumentiert. Mit selbst entwickelten und selbst programmierten Rechenmodellen konnte er aus den Aufnahmen nicht nur die Umlaufzeiten der Monde und deren Bahnradien ermitteln, sondern auch die Masse des Jupiters und sogar die Lichtgeschwindigkeit. Zudem konnte er auf Basis seiner insgesamt mehr als 3 000 Bilder auch das 3. Keplersche Gesetz experimentell belegen, das die Relation von Umlaufzeiten und Länge der Bahnradien von Himmelskörpern in einer mathematischen Formel beschreibt. So konnte der Jungforscher zeigen, welche vielfältigen Erkenntnisse über das Sonnensystem man durch Beobachtungen von der Erde aus gewinnen kann.

Eifer statt Hightech – experimentelle Monatsbestimmung mithilfe von Mondbildern

Eifer statt Hightech – experimentelle Monatsbestimmung mithilfe von Mondbildern

Im astronomischen Sinne ist ein Monat die Zeitspanne, in der der Mond die Erde einmal umrundet. Je nach Definition dauert er zwischen 27 und 29,5 Tagen. Zur exakten Messung wird die Entfernung zwischen Erde und Mond mittels Lasertechnik bestimmt. Hierzu wird ein Laserreflektor verwendet, der bei der Apollo-15-Mission auf den Mond gestellt wurde. Doch es geht auch einfacher: Leon Sieke, Niklas Deworetzki und Sven Kröckel bestimmten die Monatslänge mit einer handelsüblichen Digitalkamera. Sie analysierten 123 Fotos des Mondes, die über neun Monate hinweg aufgenommen wurden,. So bestimmten sie die sogenannte anomalistische Monatslänge von 27,55 Tagen plus/minus ein Tag mit hoher Präzision. Ihre Messungen weichen nur um 0,25 Prozent vom Mittelwert der bislang publizierten Forschungsergebnisse ab.

Entwicklung einer innovativen Messvorrichtung für ein effizientes Umweltmonitoring

Entwicklung einer innovativen Messvorrichtung für ein effizientes Umweltmonitoring

Zur Luftverschmutzung in Wuppertal liegen bislang nur wenige Daten vor. Das wollte Tobias Gerbracht ändern und baute eine selbst entwickelte Messstation. Die Apparatur besteht aus einer Speziallampe, die auf einen fernen Reflektor strahlt, der das Licht wiederum zu einem Teleskop sendet. Das Licht legt so bis zu zwei Kilometer durch die Atmosphäre zurück. Anhand des ankommenden Lichtspektrums lässt sich dann die Stickoxidkonzentration in der Luft errechnen, weil jeder Schadstoff in der Atmosphäre auf eine charakteristische Weise Licht absorbiert. So konnte der Jungforscher nachweisen, dass der NO2-Gehalt der Wuppertaler Stadtluft den EU-Grenzwert zeitweise deutlich überschreitet. Er hofft nun, dass seine Ergebnisse einen Beitrag zur Debatte um den Ausbau einer Landesstraße leisten können.

Nachweis eines interstellaren Mediums

Nachweis eines interstellaren Mediums

Die Helligkeit der Sterne, von der Erde aus betrachtet, hängt nicht nur von ihrer Entfernung und Größe ab. Entscheidend ist auch, wie ungehindert das Licht unseren Planeten erreichen kann. Wird es abgeschwächt, ist das ein Indiz für ein interstellares Medium, also für Gase oder Staub im Weltraum. Philip Held und Andreas Schröter machten Fotos von Sternhaufen, deren Helligkeit sie am Computer analysierten. Dabei konnten sie nachweisen, dass die Helligkeit mit zunehmender Entfernung überproportional abnahm. Diese Beobachtung deutet darauf hin, dass es zwischen den Sternen im All Materie geben muss. Die Erkenntnis ist zwar nicht neu, aber die Jungforscher wiesen die Materie mit relativ einfachen Mitteln nach – mit kaum mehr Equipment als einer Spiegelreflexkamera und einem Teleobjektiv.

Relsbergia kraetschmeri gen. et sp. nov. – ein neuer Temnospondyle des Unterperms der Pfalz

Relsbergia kraetschmeri gen. et sp. nov. – ein neuer Temnospondyle des Unterperms der Pfalz

Vor rund 300 Millionen Jahren bestand ein großer Teil des heutigen Nordpfälzer Berglandes aus einer Seenlandschaft, die Teil eines von Frankreich bis nach Russland reichenden Gewässersystems auf dem Urkontinent Pangäa war. Aus dieser Zeit stammt das Relsberg-Amphib, ein noch nicht näher untersuchtes Fossil, das bei Relsberg im Landkreis Kusel gefunden wurde. Justus Güttler untersuchte den Fund mittels Computertomografie, wodurch er verdeckte Knochen des Schädels und Gaumens sichtbar machen konnte. Seine Analyse ergab, dass das Amphib keiner bekannten Gattung zugordnet werden kann. Es handelt sich um einen bislang unbekannten Vertreter der Temnospondyli, kleiner Landwirbeltiere, die im Zeitalter des Perm lebten.

Stereoskopie eines Meteorstroms mit Echtzeit-Aufnahmen

Stereoskopie eines Meteorstroms mit Echtzeit-Aufnahmen

Wenn im August die Nächte wolkenlos sind, blicken viele Menschen gebannt in den Himmel, denn dann lassen sich besonders gut Sternschnuppen beobachten. Antonio Schmusch und Moritz Wolf wollten genauer wissen, in welchen Höhen sich die glühenden Teilchen bewegen und wie schnell sie auf die Erde zurasen. Mit zwei hochauflösenden Kameras, postiert an zwei Standorten in 15 Kilometern Entfernung, filmten sie nachts stundenlang den Himmel. So zeichneten sie 300 Leuchterscheinungen auf und errechneten daraus die genauen Flugbahnen. Das Ergebnis: Die Meteore waren in Höhen zwischen 78 und 135 Kilometern sichtbar, ihre Geschwindigkeit lag im Mittel bei 63 Kilometern pro Sekunde. Und sollte einmal nicht alles verglüht sein, können die Jungforscher auch noch den Einschlagsort am Erdboden bestimmen.

Strömungen von Oberflächenplasma an magnetischen Poren auf der Sonne

Strömungen von Oberflächenplasma an magnetischen Poren auf der Sonne

Die sogenannten Sonnenflecken üben auf die Menschen seit Jahrhunderten eine besondere Faszination aus. Bei diesen Erscheinungen handelt es sich um weniger heiße Regionen auf der Sonnenoberfläche, die sich in Anzahl und Gestalt permanent verändern. Eine besondere Entwicklungsstufe der Flecken sind die Sonnenporen. Henrik Wolf analysierte dieses spezielle Stadium der dunkleren Sonnenareale auf der Basis einer Vielzahl von Bildern der US-Raumfahrtbehörde NASA. Seine Analyse ergab, dass offenbar auch an den Sonnenporen das Sonnenplasma zum Zentrum des Himmelskörpers strömt – ein Phänomen, das von den vollständig ausgeprägten Sonnenflecken bereits bekannt war. Nun hofft der Jungforscher, dass seine Ergebnisse helfen, die Veränderungen der Zahl der Sonnenflecken besser vorherzusagen.

Superabsorber – Einsatz in der Landwirtschaft

Superabsorber – Einsatz in der Landwirtschaft

Superabsorber sind Polymere, die ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Wasser speichern können. Finn Lauppert von Peharnik wollte wissen, ob sich diese Kunststoffe dazu eignen, den landwirtschaftlichen Ertrag in trockenen Regionen zu steigern. Das Wirkprinzip: Die Superabsorber werden dem Boden beigemischt, der so mehr Wasser speichert. In Laborversuchen fand der Jungforscher heraus, dass ein Gemisch aus Erde und Superabsorbern Flüssigkeit bis zum Vierhundertfachen des eigenen Gewichts aufnehmen kann. Praxisversuche mit Bohnenkulturen zeigten jedoch, dass die Substanz Nachteile gegenüber reinem Erdboden aufweist. Selbst bei großer Trockenheit blieb die gewünschte Wirkung aus. Daher und wegen der noch ungeklärten ökologischen Folgen erscheint der Durchbruch des Konzepts noch weit entfernt.

Untersuchung des Chaosverhaltens post-newtonscher Orbitalbewegungen

Untersuchung des Chaosverhaltens post-newtonscher Orbitalbewegungen

Die Bahnen zweier Himmelskörper, die in Wechselwirkung stehen, lassen sich mit den Newtonschen Gravitationsgesetzen berechnen. Je größer die Himmelskörper sind und je schneller sie sich bewegen, umso stärker ist dann jedoch auch Einsteins Relativitätstheorie zu berücksichtigen. Die wiederum erfordert komplexe Berechnungen, weshalb man sich gerne mit sogenannten post-newtonschen Simulationen behilft. Verhalten diese sich chaotisch, hat bereits eine kleine Unsicherheit in den Anfangswerten große Auswirkungen auf den weiteren Bahnverlauf der Himmelskörper. Maximilian Marienhagen, Toni Ringling und Aaron Wild simulierten entsprechende Systeme und konnten dabei zeigen, unter welchen Bedingungen die Orbitalbewegungen chaotisch werden können.

Untersuchungen zur Rhythmizität der Ausbruchstätigkeit des Ätna

Untersuchungen zur Rhythmizität der Ausbruchstätigkeit des Ätna

Der Ätna zeigt bei seinen Ausbrüchen gewisse Rhythmen. Lasse Keim wollte wissen, ob sich diese auch in der Zusammensetzung der Lava widerspiegeln. Aus diesem Grund sammelte er zahlreiche Gesteinsproben unterschiedlicher Epochen und untersuchte sie anschließend im Labor. Dabei entdeckte er wiederkehrende Schwankungen des Siliziumgehaltes im Vulkangestein. Dieser Wert hängt von der Verweildauer des Magmas in den Tiefen des Ätna ab. Auch das Verhältnis von Eisenoxid und Manganoxid zeigte eine gewisse Periodizität. Vielleicht, so die Hoffnung des Jungforschers, können künftig aus der chemischen Zusammensetzung der Lava Rückschlüsse auf bevorstehenden Aktivitäten des Vulkans geschlossen werden. Seine Prognose: Der Ätna befindet sich am Ende einer noch nicht abgeschlossenen Ausbruchsphase.

Wandernde Steine 4 – ein Vergleich des Racetrack Playa und der Laguna Altillo Chica

Wandernde Steine 4 – ein Vergleich des Racetrack Playa und der Laguna Altillo Chica

Es gibt Orte auf der Erde, an denen sich zentnerschwere Steine in einem Monat Hunderte von Metern weit bewegen, wobei sie mitunter lange Schleifspuren hinterlassen. In der Literatur werden zwei Hypothesen für dieses Phänomen diskutiert: Die Steine könnten sich bei starkem Sturm auf einer Mikrobenmatte bewegen, weil diese die Reibung vermindert. Oder die Steine driften bei leichtem Wind auf schwimmenden Eisschollen. Ronja Spanke forscht seit mehreren Jahren in Kalifornien und Spanien nach den Ursachen für die wandernden Steine. Durch theoretische Berechnungen und Versuche im Windkanal konnte die Jungforscherin nachweisen, dass beide Hypothesen an beiden Standorten infrage kommen.

Berechnung von Masse-Radius-Relationen und Modellierung des inneren Aufbaus erdähnlicher Exoplaneten

Berechnung von Masse-Radius-Relationen und Modellierung des inneren Aufbaus erdähnlicher Exoplaneten

Gibt es abseits der Erde Leben im All? – Diese Frage bewegt die Menschen seit den Anfängen der Astronomie. Um beantworten zu können, ob Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zumindest theoretisch bewohnbar sind, muss man einiges über sie wissen. Tuan Tung Nguyen untersuchte zwei Planeten, die als Kepler-10c und Kepler-452b bekannt sind. Mithilfe einer selbst geschriebenen Software, die vorliegende Daten der Himmelskörper wie Masse, Radius, Druck und Temperatur auswertet, konnte der Jungforscher zeigen, dass Kepler-452b viel Ähnlichkeit mit der Erde hat, also theoretisch bewohnbar sein könnte. Kepler-10c indessen ist völlig anders, er besteht möglicherweise größtenteils aus Forsterit, einem Magnesiumsilikat. Die Frage nach außerirdischem Leben blieb in beiden Fällen allerdings ungeklärt.

Bodenkundliche Zustandserhebung im Kontext des Klimawandels – am Beispiel Mannheim-Vogelstang

Bodenkundliche Zustandserhebung im Kontext des Klimawandels – am Beispiel Mannheim-Vogelstang

Wie sind die Böden am Stadtrand von Mannheim zusammengesetzt? Helin Dogan hat sich die dort land- und forstwirtschaftlich genutzten Flächen genauer angesehen. Sie analysierte die Humusgehalte, ermittelte Carbonate und bestimmte die Korngrößen. Je nach Nutzung der untersuchten Parzellen wies sie unterschiedliche Humusgehalte nach: Am höchsten war der Wert im Wald, niedriger auf Wiesen und am geringsten auf Ackerflächen. Zudem konnte die Jungforscherin zeigen, dass der Humusanteil umso höher ausfällt, je feinkörniger der Boden bzw. je höher der Tonanteil ist. Da bei steigenden Temperaturen im Zuge des Klimawandels der Humus mikrobiell schneller abgebaut wird, rät die Jungforscherin der Landwirtschaft nun, verstärkt Kulturen zu nutzen, die Humus anreichern.

Der Kautenbach – ein (Er-)lebensraum für Mensch und Natur?

Der Kautenbach – ein (Er-)lebensraum für Mensch und Natur?

Der Kautenbach ist ein kleiner Zufluss der Mosel. Er liegt in einer Region, die wegen ihrer Naturschönheit ein großes Potenzial für den Tourismus bietet. Doch der Bach ist streckenweise nicht in dem Zustand, den man in einer solchen Umgebung erwarten würde. Dies konnten Tim Mai, Bao Tran Vu Le und Maximilian Weber durch eine Kartierung des gesamten Gewässerverlaufs belegen. Auf der Basis ihrer Untersuchungen entwickelten die Jungforscher ein Konzept, wie der Kautenbach als naturnahes Biotop wiederhergestellt werden kann. Das teilweise in ein enges Bachbett gepresste Fließgewässer benötigt Überschwemmungsflächen, andere Abschnitte müssten renaturiert werden. Schließlich sollten Randstreifen geschaffen werden, auf denen sich Auenvegetation ansiedeln kann.

Eigenschwingungen der Warnow

Eigenschwingungen der Warnow

Bevor die Warnow in die Ostsee mündet, bildet sie bei Rostock ein Becken – die Unterwarnow. Deren Wasserstand schwankt nicht nur durch die wechselnden Pegelstände der Ostsee, sondern auch, weil sich Eigenschwingungen ergeben. Die Frequenz der Schwingungen folgt physikalischen Gesetzmäßigkeiten, so wie die Schwingungsdauer eines Pendels von dessen Länge abhängt. David Knott, Julian Landgraf und Felix Weindok errechneten für die Unterwarnow auf Basis ihrer Geometrie eine Eigenfrequenz von 0,44 Schwingungen pro Stunde. Dann werteten sie gemessene Pegeldaten statistisch aus und bestimmten so eine Eigenfrequenz von 0,42 Schwingungen – eine Bestätigung des Ergebnisses ihrer theoretischen Berechnung. Obwohl viele Faktoren den Wasserstand beeinflussen, hilft die Arbeit, die Prognosen der Pegelstände zu verbessern.

Einflussfaktoren auf die Bildung antikanzerogener Wirkstoffe in gleichen Pflanzenarten kanadischer und deutscher Flora

Einflussfaktoren auf die Bildung antikanzerogener Wirkstoffe in gleichen Pflanzenarten kanadischer und deutscher Flora

Viele Pflanzen enthalten Stoffe, die Krebszellen zerstören können. Lina Valeska von Wedel untersuchte Extrakte aus vier verschiedenen Pflanzenarten, um festzustellen, welche Leukämiezellen am erfolgreichsten bekämpft. Von allen betrachteten Spezies schnitt die Schafgarbe am besten ab. Außerdem verglich sie die Wirkung gleichartiger Gewächse aus Deutschland und Kanada, denn sie vermutete, dass Extrakte aus Pflanzen des kanadischen Urwalds besonders wirksam sein könnten. Die Überraschung: Das Gegenteil war der Fall! Worin die bessere Wirkung der heimischen Pflanzen liegt, versuchte die Jungforscherin dann anhand von Bodenproben herauszufinden. Ihre Hypothese: Es liegt an der höheren Konzentration von Nährstoffen im hiesigen Boden. Die Krebsforschung ist also gut beraten, sich mit Bodenkundlern auszutauschen.

FASOS 2.0 – die regenerative Sauerstoffquelle auf Algenbasis

FASOS 2.0 – die regenerative Sauerstoffquelle auf Algenbasis

Die Sauerstoffversorgung von Astronauten ist ein überlebenswichtiges Thema. Heute nehmen die Mannschaften von Raumschiffen oder Raumstationen Wasser mit ins All, das per Elektrolyse an Bord in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Allerdings muss das Wasser bei längeren Missionen, etwa auf der Raumstation ISS, stets nachgeliefert werden. Jannik Rank, Bruno Borchardt und Sebastian Meyer setzen stattdessen auf einen Stoffkreislauf. Die Jungforscher bauten eine Anlage, in der Algen das von der Besatzung ausgeatmete Kohlendioxid aufnehmen und dieses wieder zu Sauerstoff spalten. Sensoren, ein Heizelement für den Algentank und eine ausgefeilte Steuerung stellen sicher, dass immer genug Sauerstoff vorhanden ist. Falls nicht, wird automatisch der herkömmliche Elektrolyseprozess in Gang gesetzt.

Klimaschutz und Landnutzung im Ahlenmoor

Klimaschutz und Landnutzung im Ahlenmoor

Ein vor Ort viel diskutiertes Thema hatte die drei Jungforscherinnen auf den Plan gerufen: Die Landesregierung von Bremen plant die Wiedervernässung des Ahlenmoors aus Gründen des Natur- und Klimaschutzes – nicht zuletzt, weil ein feuchtes Moor ein wichtiger CO2-Speicher ist. Doch wie groß sind die Mengen an Treibhausgas, die tatsächlich entweichen, wenn Moorboden austrocknet? Pia Quaas, Laura-Emely Luschka und Nina Korczykowski nahmen Proben des naturfeuchten Bodens und analysierten die CO2-Abgabe nach einer Stunde, nach einem Tag, und nach einer Woche. Ihr Fazit: Moorschutz ist wirkungsvoller Klimaschutz. Landwirten, die eine Wiedervernässung ablehnen, schlagen die Jungforscherinnen den Anbau von Paludikulturen vor. Das sind Pflanzen, die auf sumpfigen Böden wachsen.

Kupferschieferhalden – nur schwarze Montanlandschaft oder auch grüner Naturpark?

Kupferschieferhalden – nur schwarze Montanlandschaft oder auch grüner Naturpark?

Abraumhalden des Kupferbergbaus prägen die Landschaft nordwestlich von Halle (Saale). Der dort noch immer hohe Gehalt an Schwermetall im tauben Gestein wird bloß von wenigen Pflanzen toleriert – entsprechend hat sich auf den Halden eine nur spärliche Vegetation angesiedelt, ein sogenannter Schwermetallrasen. Corinna Specht wollte wissen, mit welchen Beimischungen im Boden wieder eine vielfältige Pflanzenwelt auf die Flächen zurückkehren kann. Auf einer Testfläche mischte sie zum Beispiel Humus, Blumenerde oder Sand unter, wodurch sie den Artenreichtum der Flora deutlich steigern konnte. Den positivsten Einfluss hatte dabei die Blumenerde. Dennoch rät die Jungforscherin zu einem behutsamen Vorgehen bei der Rekultivierung: Ein zu schnelles Handeln gefährdet die Stabilität dieses besonderen Lebensraums.

No Iron Water

No Iron Water

Die Gewässer rund um den Braunkohletagebau in der Lausitz sind durch Schwefel versauert und stark mit Eisen belastet. Selbst das Grundwasser ist verschmutzt. Marian Penno und Jonas Walter konstruierten daher eine vierstufige Reinigungsanlage, die das Wasser entsäuert und das Eisen daraus entfernt. Dabei setzten sie im ersten Schritt auf Kalziumkarbonat, das die Schwefelsäure neutralisiert, und in den nächsten Stufen auf verschiedene Filterstoffe. Um die Wirkung ihrer Reinigungsanlage zu belegen, gossen die Jungforscher anschließend Pflanzen sowohl mit ungereinigtem als auch mit gereinigtem Wasser. Dabei bestätigte sich die bessere Qualität des behandelten Wassers: Den betreffenden Pflanzen ging es nach vier Wochen deutlich besser als den anderen.

Potenzial und Grenzen intelligenter Flutpoldersteuerung

Potenzial und Grenzen intelligenter Flutpoldersteuerung

Polder sind eingedeichte Rückhalteflächen, die bei Bedarf geflutet werden können. Sie stellen ein wirkungsvolles Instrument dar, um Hochwasserwellen von Flüssen zu kappen. Da jeder Polder aber nur ein begrenztes Fassungsvermögen besitzt, ist die Wahl des Zeitpunkts, zu dem die Wehre am Einlauf geöffnet werden, von entscheidender Bedeutung. Ziel ist es, den Scheitelpunkt der Welle möglichst weit nach unten zu drücken. Paul Lepschy simulierte verschiedene Arten der Zuflusssteuerung. Er fand heraus, dass es ungünstig ist, die Ausgleichsflächen stets bei einer bestimmten Wasserhöhe zu fluten. Wirkungsvoller sind Methoden, die den Zeitpunkt der Flutung von den Verlaufsprognosen des Hochwassers abhängig machen. Das Fazit des Jungforschers: Perfektes Timing aufgrund guter Hochwasserprognosen ist für einen optimalen Poldereinsatz das A und O.

Schlammvulkane auf Sizilien – ein Frühwarnsystem für die Ausbruchstätigkeit des Ätna?

Schlammvulkane auf Sizilien – ein Frühwarnsystem für die Ausbruchstätigkeit des Ätna?

Wann Vulkane ausbrechen, ist in der Regel nicht präzise vorhersehbar. Meistens geben sie keine frühzeitigen Signale für die Eruption. Muska Ahmadsei und Alina Kröger glauben jedoch, dass der Ätna auf Sizilien durch das Verhalten der nahegelegenen Schlammvulkanfelder Hinweise auf seine künftigen Aktivitäten gibt. Die Jungforscherinnen nahmen vor Ort Gesteins- und Wasserproben, die sie anschließend im Labor analysierten. Die chemische Zusammensetzung der Materialien gab ihnen einen Einblick in die Vorgänge im Inneren des Berges. Auf dieser Basis entwickelten sie eine Hypothese, warum der Schlammausfluss an bestimmten Stellen einem Ausbruch des Ätnas vorangeht. Damit hätten sie zu einem Frühwarnsystem beigetragen, das vor einer kommenden Eruption des Vulkans warnt.

Simulation relativistischer Zweikörperprobleme in baryzentrischen Koordinaten

Simulation relativistischer Zweikörperprobleme in baryzentrischen Koordinaten

Wenn ein Planet sich um einen anderen Himmelskörper dreht, kreisen beide um einen gemeinsamen Schwerpunkt. Die daraus resultierenden Bahnen, auf denen sich die Objekte durch den Raum bewegen, werden gewöhnlich mit Gleichungen von Albert Einstein berechnet. Allerdings können die angewendeten numerischen Verfahren sehr komplex werden, sodass sie selbst moderne Großrechner für längere Zeit beschäftigen. Aaron Wild, Maximilian Marienhagen und Toni Ringling wollten wissen, ob es auch einfacher geht, und zwar mithilfe eines veränderten Koordinatensystems. Sie berechneten bekannte Bahnen von Himmelskörpern und verglichen ihre Simulationen mit den realen Bewegungen. So konnten sie zeigen, dass ihr Verfahren funktioniert. Damit haben die Großrechner nun Kapazitäten frei für andere Aufgaben.

SKONI – Überwachungs-, Warn- und Vorhersagesystem für Feinstaub am Beispiel von Berlin

SKONI – Überwachungs-, Warn- und Vorhersagesystem für Feinstaub am Beispiel von Berlin

Das Verfahren zur Ermittlung der Feinstaubbelastung in Berlin ist derzeit unzureichend: Es gibt nur wenige Messpunkte und die Werte werden oft erst mit Verzögerung veröffentlicht. Max Hentges und Leopold Aschenbrenner entwickelten daher ein kostengünstiges Überwachungs-, Warn- und Vorhersagesystem, das künftig mittels eines flächendeckenden Netzes von Sensoren die jeweilige Belastung in Echtzeit ermitteln könnte. Die beiden konstruierten zunächst den Prototyp eines solchen Sensors, der die Lichtstreuung an den mikroskopisch kleinen Staubpartikeln misst. Ferner bauten sie die erforderliche Hard- und Software für die Datenübermittlung. Nutzer können die aktuellen Messwerte sowie Prognosen jederzeit über eine Smartphone-App abrufen. Auch lassen sich Warnungen mittels Benachrichtigungsservice empfangen.

Nicht bloß die alte Leier – was uns das Licht der Vega alles verrät

Nicht bloß die alte Leier – was uns das Licht der Vega alles verrät

Die Vega, auf deutsch Leier, ist ein besonderer Stern, denn sie zählt zu den hellsten Gestirnen am Firmament. Während eines einjährigen Praktikums an der Universitätssternwarte in Jena hatte Hannes Keppler die Möglichkeit, die Vega besonders genau unter die Lupe zu nehmen. Insbesondere zeichnete er das Spektrum auf, zerteilte das Sternenlicht also in seine Bestandteile. Daraus konnte er einige der Kerneigenschaften des Himmelskörpers ermitteln: So bewegt sich die Vega relativ zu unserem Sonnensystem mit einer Geschwindigkeit von knapp 14 Kilometern pro Sekunde – ein Wert, der gut mit früheren Messungen übereinstimmt. Der Jungforscher ist überzeugt, dass anhand des Rechenwegs viele weitere Zusammenhänge der Astronomie aufgezeigt werden können.

AuVi – automatisierte Visualisierung von meteorologischen Daten

AuVi – automatisierte Visualisierung von meteorologischen Daten

Wetterprognosen beziehen sich oft vor allem auf große Städte und markante Punkte. Sucht man jedoch eine präzise Vorhersage für einen kleinen Ort oder in einer gewissen Höhe, kann es schwierig werden. Daher haben Markus Becker und Swenja Wagner ein Programm entwickelt, das für jeden beliebigen Punkt der Erdatmosphäre eine Prognose für die kommenden zehn Tage grafisch darstellt. Die Software stützt sich auf Daten des US-amerikanischen Wetterdienstes. Die gewünschten Parameter wählt der Nutzer aus, denn ein Segler interessiert sich zum Beispiel für andere Prognosen als ein Skifahrer. Künftig soll das Programm auch als App für mobile Geräte angeboten werden – damit kein Wetterumschwung mehr überraschend kommt, wo immer man gerade ist.

Bahndaten extrasolarer Systeme

Bahndaten extrasolarer Systeme

Im Juni 2014 gelang es Astronomen erstmals, hochaufgelöste Bilder des noch jungen Sterns HL Tauri aufzunehmen. Der 450 Lichtjahre entfernte Himmelskörper ist – wie viele junge Sterne – von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben, aus der Planeten entstehen können. Inspiriert durch diese Bilder entwickelten Patricia Asemann und Robin Heinemann ein computerbasiertes Verfahren, mit dem sie die Entstehung eines Planetensystems aus den Staubscheiben simulieren können. Ihre aufwendigen Simulationen zeigen auch, dass – anders als in unserem Sonnensystem – sehr große Planeten einen Zentralstern in engen Bahnen umkreisen können und wann Planeten in Zweistern-Systemen ihre stabilen Bahnen verlassen.

Beurteilung des Gefährdungspotenzials für Hochwasser

Beurteilung des Gefährdungspotenzials für Hochwasser

Im Mai 2009 erlebte Gechingen ein außergewöhnliches Hochwasser: Während eines Wolkenbruchs strömte das Wasser aus drei Tälern in den Ort und staute sich dort an einer Engstelle. Hohe Sachschäden waren die Folge. Oliver Engels, Simon Jerg und Yannick Reuter fragten sich, welche Bedingungen zu einem solchen Hochwasser führen. Sie untersuchten an vielen Standorten den Boden, ermittelten, wie schnell das Wasser versickert und welche Mengen der Untergrund aufnehmen kann. Zudem bauten sie ein Geländemodell, an dem sie Hochwasser simulierten. Das Ergebnis der Jungforscher: Hat es mehr als 250 Liter pro Quadratmeter geregnet, ist der Boden gesättigt. Und wenn dann abermals 19 Liter pro Stunde fallen, kommt es zur Überschwemmung – eine erfreulicherweise seltene Konstellation.

Untersuchung und mathematische Modellierung veränderlicher Sterne

Untersuchung und mathematische Modellierung veränderlicher Sterne

Manche Sterne verändern ihre Helligkeit in regelmäßigen Zyklen – dieses Phänomen untersuchte Markus Reinert. Er wählte drei veränderliche Sterne aus und hielt deren Helligkeit auf mehr als 150 Fotos fest. Als die anschließende Bildanalyse mit einem verfügbaren Programm scheiterte, schrieb der Jungforscher eine eigene Analysesoftware. Diese kann selbst aus Fotos mit geringer Qualität – aufgenommen durch ein einfaches Schulteleskop – die Helligkeit der Sterne ermitteln. Anschließend zeichnet das Programm eine Kurve, die den zeitlichen Verlauf der Helligkeit darstellt. Darüber hinaus entwickelte der Jungforscher eine mathematische Formel, mit der sich aus den Messdaten die Helligkeit des betreffenden Sterns für jeden Zeitpunkt errechnen lässt.

Infrastruktur durch Schleimpilze?

Infrastruktur durch Schleimpilze?

Wie sieht ein Verkehrsnetz aus, das die Ballungszentren eines Landes optimal verbindet? Ein Schleimpilz weiß offenbar die Antwort. Henrik Feuersänger und Tobias Henke platzierten Haferflocken auf einem Nährmedium entsprechend dem Vorbild einer Deutschlandkarte. Anschließend beobachteten sie, wie der Pilz sein Wachstum so organisierte, dass er die Orte bestmöglich miteinander verbinden konnte. Das Erstaunliche: Der Pilz, der chemische Reize wahrnimmt und so die Haferflocken als Nahrungsquelle auf eine gewisse Distanz erkennt, baute ein Netz auf, das dem deutschen ICE-Netz und den Autobahnen auf erstaunliche Weise ähnelt. Ob Verkehrsplaner also in ihren Büros künftig auch Schleimpilze züchten werden?

Pygmy Hippopotamus – Analyse eines Fossilfundes in Sedimenten des Mittleren Miozäns in Westzypern

Pygmy Hippopotamus – Analyse eines Fossilfundes in Sedimenten des Mittleren Miozäns in Westzypern

Die Insel Zypern entstand, weil die Afrikanische gegen die Eurasische Kontinentalplatte drückt. Das führt an dieser Stelle zu einer stetigen Hebung des Untergrunds. Die Meeressedimente aus der Zeit des Mittleren Miozäns, also vor rund 15 Millionen Jahren, wurden dadurch zum Teil mehrere hundert Meter über den heutigen Meeresspiegel verschoben: gute Bedingungen also für Fossiliensucher. Florentine Mostaghimi-Gomi und Ole Keim fanden in Kalksteinwänden im Westen der Insel Versteinerungen, die sie als Skelettreste eines Zwergflusspferdes identifizierten. Dieser erste Fund auf dem europäischen Kontinent könnte helfen, den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem Säugetiere Zypern besiedelten.

Ferne Himmelskörper beobachten, das Wetter untersuchen, Bodenstrukturen erkunden oder Versteinerungen freilegen – in diesem Fachgebiet sind viele Fragestellungen denkbar

Jungforscherinnen und Jungforscher können zum Beispiel auch die Erdschichtung in einem Bergwerk oder die räumliche Nutzung einer Region analysieren wie auch fossile Tier- und Pflanzenarten rekonstruieren. Diese und ähnliche Projekte sind im Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften genau richtig.

Disziplinen im Fachgebiet Geo- und Raumwissen- schaften sind vor allem

  • Astronomie
  • Astrophysik
  • Fernerkundung
  • Geochemie
  • Geodäsie
  • Geographie
  • Geographische Landschaftskunde
  • Geoinformatik
  • Geologie
  • Geomorphologie
  • Geophysik
  • Hydrologie
  • Kristallographie
  • Lagerstättenkunde
  • Meteorologie
  • Mineralogie
  • Ozeanographie
  • Paläontologie
  • Physische Geographie
  • Raumforschung
  • Regionalentwicklung
  • Risikoforschung
  • Umweltanalyse

Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften?

Rein sozialwissenschaftliche oder sozialgeschichtliche Untersuchungen sind nicht zum Wettbewerb zugelassen.

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