Informatik hilft Astronomen bei der Erforschung des Himmels
Die neue HITS-Forschungsgruppe „Astroinformatik“ wird Methoden sowie Software für Astronomen entwickeln und dazu beitragen, dass die rasch wachsende Datenmenge in der Astronomie besser analysiert und verarbeitet werden kann. Die Juniorgruppe unter Leitung von Kai Polsterer arbeitet dabei eng mit anderen Heidelberger astronomischen Einrichtungen zusammen.
Am Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) nahm jetzt die neue Junior-Forschungsgruppe „Astroinformatik“ ihre Arbeit auf. Sie entwickelt neue Ansätze, die stetig wachsende und in verteilten Archiven gespeicherte Datenmenge in der Astronomie zu analysieren und zu verarbeiten. Gruppenleiter ist der Physiker und Informatiker Dr. Kai Polsterer. Damit forschen nun insgesamt neun Arbeitsgruppen am HITS.
„Wir konzentrieren uns darauf, durch neue Ansätze die beobachtenden Wissenschaftler bei ihrer Forschung zu unterstützen“, sagt Kai Polsterer. Die neu eingerichtete Juniorgruppe ergänzt die Aktivitäten der Forschungsgruppe „Theoretical Astrophysics“ unter Leitung von Prof. Volker Springel, die sich mit Computersimulationen zur Galaxienentstehung und zur Dunklen Materie befasst. Im Frühjahr 2015 wird dann noch eine weitere Forschungsgruppe mit Schwerpunkt Hochenergie-Astrophysik eingerichtet werden und den Bereich Astrophysik am HITS weiter stärken.
Der Computer hat die Astronomie in den letzten zwanzig Jahren revolutioniert. Dank neuer Detektoren und innovativer Teleskope können Astronomen heute Objekte in nie dagewesenem Umfang und mit hoher Auflösung beobachten. Hinzu kommen neue, bisher unerschlossene Wellenlängenbereiche. Spezielle „Survey Teleskope“ durchmustern den Himmel und sammeln kontinuierlich Daten. Kai Polsterer möchte den Zugriff der Astronomen auf die in Archiven verfügbaren Daten so verbessern, dass Forschung intuitiver stattfinden kann. Als Beispiel nennt er den „Sloan Digital Sky Survey“, der mit Bildern in fünf Wellenlängen sowie spektroskopischen Detailaufnahmen den Himmel durchmustert und digital zur Verfügung stellt. „Hier gibt es viele Datenschätze zu heben, die Astronomen können die Daten aber nicht einfach durchstöbern, also explorativ arbeiten“, so der 37-jährige. In einem ersten Schritt will er Werkzeuge entwickeln, die Merkmale von Objekten automatisch aus den vorhandenen Daten extrahieren können, wie zum Beispiel die sogenannte Rotverschiebung (redshift). Die Rotverschiebung zeigt an, wie weit eine Galaxie von uns entfernt ist. Diese direkt zu messen erfordert einen sehr hohen messtechnischen Aufwand. Daher sind die auf Modellen basierenden, statistischen Werte sehr wichtig für die Astronomen.
„Die Zahl der Daten steigt exponentiell an, die der Astronomen nicht“, so Kai Polsterer. Hier können Methoden der Informatik helfen. Deshalb arbeitet die neue HITS-Gruppe daran, Ansätze des maschinellen Lernens in der Astronomie populärer machen. Kai Polsterer ist in beiden Gebieten zuhause: Nach seinem Informatikdiplom an der TU Dortmund promovierte der gebürtige Westfale in Physik und Astronomie an der Universität Bochum. Dort leitete er später die Softwareentwicklung im Projekt „Lucifer“, an dem auch die Landessternwarte Heidelberg (LSW) und das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) beteiligt sind. „Lucifer“ ist eine Kombination aus Kamera und Spektrograph am weltgrößten optischen Teleskop, dem Large Binocular Telescope in Arizona. Dieses Instrument wurde für Untersuchungen im nah-infraroten Spektralbereich gebaut, der für das Auge nicht sichtbar ist. Mit den beiden Heidelberger Einrichtungen LSW und MPIA arbeitet Kai Polsterer auch in Zukunft eng zusammen, ebenso mit dem „German Astrophysical Virtual Observatory“ unter der Leitung von Prof. Joachim Wambsganss (Universität Heidelberg).
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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.