Die Datenrevolution am Nachthimmel
Die HITS-Forschungsgruppe „Astroinformatik“ hilft Astronomen, die rasch wachsende Datenmenge mit Methoden aus der Informatik besser zu analysieren. Hierzu benutzen die Wissenschaftler unter anderem Verfahren der Künstlichen Intelligenz und entwickeln neue Methoden, die in Großprojekten wie LOFAR und SKA zum Einsatz kommen. Außerdem organisierte die Gruppe in diesem Jahr die internationale „Astroinformatics“ Konferenz, die erstmals in Deutschland stattfand.
Astroinformatik ist eine junge Disziplin, die ihren Aufstieg dem Computer verdankt: Denn digitale Soft- und Hardware haben die Astronomie in den letzten zwanzig Jahren revolutioniert. Dank neuer Detektoren und innovativer Teleskope können Astronomen heute Objekte in nie dagewesenem Umfang und in hoher Auflösung beobachten. „Doch damit steigt die Zahl der Daten exponentiell an, die der Daten auswertenden Astronomen allerdings nicht“, sagt Dr. Kai Polsterer, Leiter der Astroinformatik-Forschungsgruppe am Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS). „Methoden der Informatik können hier helfen.“ Vor fünf Jahren kam Polsterer nach Heidelberg, als das HITS die damals erste Gruppe in diesem neuen Forschungsbereich in Europa einrichtete. Der Physiker und Informatiker entwickelt seitdem mit seinem Team Methoden des maschinellen Lernens und Werkzeuge, mit denen Astronomen explorativ – also forschend – arbeiten können.
Ein Beispiel stellt die automatische Extraktion der Rotverschiebung (redshift) dar. Die Rotverschiebung hilft abzuschätzen, wie weit eine Galaxie von uns entfernt ist. Diese direkt zu messen erfordert einen sehr hohen messtechnischen Aufwand. Um dieses Problem zu lösen, haben die HITS-Astroinformatiker eine Deep Learning-Methode entwickelt, die die Rotverschiebung automatisch aus den zur Verfügung stehenden Aufnahmen extrahiert.
Ein weiteres digitales Werkzeug ist „PINK“, das Kernstück einer explorativen Methode zur Analyse großer und komplex strukturierter Datensätze, um zum Beispiel Morphologien von Galaxien im Radiowellenlängenbereich besser zu verstehen. „Gerade ist eine neue Version erschienen“, erläutert Kai Polsterer. „PINK“ wird mittlerweile für die Vorläufer des Square Kilometer Array (SKA) Teleskops in Afrika und Australien genutzt. Und auch beim Low Frequency Array (LOFAR), einem supercomputergetriebenen Radioteleskop, kommt die Methode zum Einsatz.
Maschinelles Lernen wurde in den letzten Jahren immer populärer. „In der Astronomie fehlt aber oft noch das Know-how“, weiß Polsterer. „Deshalb bringen wir das Thema den Kollegen mit Tutorials und anderen Formaten wie „birds of a feather“ näher.“ Das funktioniert am besten auf Konferenzen wie der internationalen „Astroinformatics“-Konferenz, die Polsterer mit seiner Gruppe in diesem Jahr nach Heidelberg und damit erstmals nach Deutschland holte. Themen wie moderne Datenbanksysteme, Visualisierungen und „Augmented Reality“, Künstliche Intelligenz sowie Reproduzierbarkeit von Forschungsergebnissen standen im Mittelpunkt der wichtigsten Veranstaltung dieses Fachgebiets (siehe die Vorträge der Konferenz im HITS-Youtube-Kanal).
Kai Polsterer arbeitet mit seinem Team aktuell an einem neuen Projekt – einer Kombination aus Bauplänen und Werkzeugen. Damit können Astronomen unterschiedlichste Daten explorativ durchforsten und so herausfiltern, was sie interessiert. „Wir wollen den Zugang zu Daten in Archiven revolutionieren. Neben heute noch typischen Datenbankanfragen werden Astronomen schon bald in der Lage sein, die für sie wichtigen Objekte einfacher und intuitiver zu finden.“
Links:
Deep Learning-Methode zur Rotverschiebung
Medienkontakt:
Dr. Peter Saueressig
Head of Communications
Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS)
Telefon: +49-6221-533245
Twitter: @HITStudies
Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Kai Polsterer
Group leader
Astroinformatics
Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS)
Telefon: +49-6221-533314
Twitter: @AstroInformatix
Über das HITS
Das HITS (Heidelberger Institut für Theoretische Studien) wurde 2010 von dem Physiker und SAP-Mitbegründer Klaus Tschira (1940-2015) und der Klaus Tschira Stiftung als privates, gemeinnütziges Forschungsinstitut gegründet. Es betreibt Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, der Mathematik und der Informatik. Zu den Hauptforschungsrichtungen zählen komplexe Simulationen auf verschiedenen Skalen, Datenwissenschaft und -analyse sowie die Entwicklung rechnergestützter Tools für die Forschung. Die Anwendungsfelder reichen von der Molekularbiologie bis zur Astrophysik. Ein wesentliches Merkmal des Instituts ist die Interdisziplinarität, die in zahlreichen gruppen- und disziplinübergreifenden Projekten umgesetzt wird. Die Grundfinanzierung des HITS wird von der Klaus Tschira Stiftung bereitgestellt.