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Portal Wissen = Kosmos
(2018)
Sprechen wir vom Universum, vom Weltall oder vom Kosmos, geht es um nichts Geringeres als um Alles. Um den gesamten mit Materie und Energie angefüllten Raum. Von der Erde aus sehen wir nur einen winzigen Bruchteil davon: Planeten wie die Venus oder Sterne wie die Sonne. Allein in unserer Heimatgalaxie gibt es mindestens 100 Milliarden Sterne. Durch Schwerkraft verbunden bilden diese selbstleuchtenden Himmelskörper aus sehr heißem Gas ein System, das von der Erde aus als weißliches Band zu sehen ist und das wir Milchstraße nennen. Im beobachtbaren Kosmos gibt es wiederum mindestens 100 Milliarden solcher Galaxien, in denen sich Sterne, kosmischer Staub, Gas und wohl auch Dunkle Materie ansammeln. 13,8 Milliarden Jahre ist das Universum alt, und um es einmal zu durchqueren, bräuchten wir vermutlich 78 Milliarden Lichtjahre.
Angesichts dieser Dimensionen verwundert es kaum, dass für uns Menschen das Rätsel um die Beschaffenheit des Kosmos mit den Fragen des Seins verbunden ist. Woher kommen wir? Wohin gehen wir? Sind wir allein auf der Welt? Für Astrophysiker, die die Weiten des Kosmos mit physikalischen Mitteln erkunden, sind solche Fragen ihr täglich Brot. Auch wenn sie sich natürlich vor allem mit physikalischen Gesetzen, mathematischen Formeln und komplizierten Messmethoden befassen. Über ihre Forschung und ihren Arbeitsalltag haben wir für diese Ausgabe der Portal Wissen mit Astrophysikern der Universität Potsdam gesprochen.
So hat uns Lutz Wisotzki einen 3D-Spektrografen vorgestellt, den er mit Kollegen des Leibniz-Instituts für Astrophysik (AIP) und sechs weiteren europäischen Instituten entwickelt hat. Diese technische Meisterleistung erlaubt den ganz tiefen Blick ins All und eine Zeitreise zu Galaxien kurz nach dem Urknall. Philipp Richter hat uns die Forschungsinitiative Astrophysik nähergebracht und aufgezeigt, wie die Universität Potsdam mit dem AIP, dem Albert-Einstein-Institut und dem Deutschen Elektronen- Synchrotron zusammenarbeitet und Nachwuchsforscher ausbildet. Der neue Uni-Professor für Stellare Astrophysik, Stephan Geier, hat uns Sterne vorgestellt, die so dicht stehen, dass sie für das bloße Auge als ein Stern erscheinen. Ihre turbulente Partnerschaft erforscht der Physiker, der ganz nebenbei auch Historiker ist.
Auch wir haben uns nicht auf kosmische Themen beschränkt, sondern ebenso ganz irdische Dinge hinterfragt, wie etwa den modernen Konsum. Wir haben über mögliche Liebesbeziehungen mit Robotern nachgedacht und über die Zeugenschaft von Literatur und Kunst. Wir ließen uns erklären, wie motiviert Schülerinnen und Schüler sind, warum die Macht großer Konzerne weiter wächst und weshalb manche Mäuse mutig und andere schüchtern sind. Mit Soziologen haben wir über polnische Pflegekräfte in Deutschland gesprochen, mit einem Gründer über den Schritt in die Selbstständigkeit und mit einer Medienwissenschaftlerin über Fairness in der Pornobranche. Wir haben erfahren, weshalb der Regenwald in Zentralafrika vor 2.600 Jahren verschwand, warum der Chemieunterricht nicht ohne Experimente auskommt und wie man Knieprothesen am Fließband produziert. Wissenschaftler berichteten uns, wie digital die Bürgerämter heute tatsächlich arbeiten, wie brandenburgische Kurfürstinnen korrespondierten und wie Big Data den Tieren auf dem Acker nützt.
Zurück zum Kosmos. Der jüngst verstorbene Astrophysiker Stephen Hawking prägte unsere Vorstellung und unser Wissen über das Universum mit seinen Büchern fundamental. Und zwar auch deshalb, weil er nicht nur ein bedeutender Physiker, sondern auch ein literarisches Genie war. Kaum einer konnte schwierige Sachverhalte in einer so anschaulichen, verständlichen und schönen Sprache festhalten wie Hawking. Mit diesem vorbildlichen Wissenschaftsverständnis vor Augen, hoffen wir, den Leserinnen und Lesern dieses Heftes eine anregende Lektüre zu bieten.
Die Redaktion
Portal Wissen = Punkt
(2016)
Ein Punkt hat es in sich, auch wenn man es ihm nicht unbedingt ansieht. Immerhin gilt er in der Geometrie als Objekt ohne Ausdehnung – etwas, das da ist, aber sich nicht „breit macht“. Man sollte annehmen, was so klein ist, wird leicht übersehen. Aber Punkte sind, wenn man genauer hinschaut, nicht nur überall zu finden, sondern auch präsent und spielen gewichtige Rollen. In der Physik etwa ist ein Massepunkt die höchstmögliche Idealisierung eines realen Körpers: Er beschreibt die – theoretische – Vorstellung, die gesamte Masse des Körpers wäre in einem Punkt, seinem Schwerpunkt, vereinigt. Punkte finden sich am Anfang (Ausgangspunkt), an den Übergängen (Dreh- und Angelpunkt) und am Ende (Schlusspunkt). Ein Punkt ist das Symbol größter Präzision, nicht umsonst kommt man sprichwörtlich „auf den Punkt“. Als Bestandteil unserer Schrift kürzt er ab, gliedert und bringt Gesagtes zu Ende. Sogar Musiker und Mediziner punktieren. Und Sportler aller Arten sammeln Punkte auf Plätzen, Bahnen und in Tabellen.
Kein Wunder, dass gerade Wissenschaftler von Punkten „umgeben“ sind und täglich mit ihnen arbeiten: Sie bringen Ordnung ins Chaos, strukturieren das Unerklärte, benennen das Namenlose. Allzu oft macht ein Punkt den Anfang, von dem aus sich Zugänge eröffnen, zu Welten, Erkenntnissen oder Problemen.
Aber Punkte sind für alle da! Der deutsche Mathematiker Oskar Perron schrieb: „Ein Punkt ist genau das, was der intelligente, aber harmlose, unverbildete Leser sich darunter vorstellt.“ So wollen wir es halten: Das vorliegende Heft will spannende Anknüpfungspunkte bieten, Standpunkte analysieren und punktgenau erklären.
So folgen wir etwa einem Physiker zur Sonne, in den Mittelpunkt unseres Sonnensystems, um zu ergründen, wie Sonneneruptionen entstehen. Mit einem Juristen diskutierten wir über Streitpunkte zwischen Recht und Religion, während Religionswissenschaftler in einem Reisetagebuch von einzigartigen Berührungspunkten mit der (Wissenschafts-)Kultur im Iran berichten. Kognitionsund Literaturwissenschaftler eröffnen gemeinsam besondere Blickpunkte – nämlich, wie wir Comics lesen und verstehen – und Wirtschaftsinformatiker zeigen Ansatzpunkte, mit denen sie Mensch und Maschine gemeinsam fit machen für Fabriken im Zeitalter von Industrie 4.0. Bildungswissenschaftler wiederum erläutern ihr Konzept dafür, wie das kreative Potenzial von Künstlern zum Ausgangspunkt werden kann, um Schülern einen individuellen Zugang zu Kunst zu ermöglichen. Psychologen offenbaren, warum die Farbe Rot uns zu Anziehungspunkten macht, während Geowissenschaftler erklären, warum ein Klimaphänomen namens El Niño weltweit – nasse und trockene – Brennpunkte verursacht. Und das sind nur einige Punkte von vielen …
Mit all dem hoffen wir natürlich, auch bei Ihnen zu punkten. Wir wünschen Ihnen eine anregende Lektüre! Punkt. Aus. Ende. Nein, Anfang!
Die Redaktion
Portal = Klima im Wandel
(2016)
Portal Wissen = Daten
(2019)
Datenassimilation? Halt! Keine Angst, treten Sie näher! Kein Zungenbrecher, keine Raketenwissenschaft. Oder doch? Wir werden sehen. Fakt ist: Datenassimilation gibt es eigentlich schon lange und (fast) überall. Doch erst im Zeitalter der Supercomputer nimmt sie Ausmaße an, die Staunen hervorruft.
Daten, kennt jeder. Assimilation jedoch ist ein schwieriger Begriff für etwas, das rings um uns die ganze Zeit stattfindet: Anpassung. Vor allem die Natur führt uns seit Millionen von Jahren vor, wie das geht mit der evolutionären Anpassung. Vom Einzeller zum Primaten, von der Alge zum Mammutbaum, vom Dino … Wer sich nicht anpassen kann, passt schnell nicht mehr ins Bild.
Und natürlich haben auch wir gelernt, uns in neuen Situationen zu orientieren und entsprechend zu handeln. Wenn wir über die Straße wollen, haben wir dafür einen Plan: an den Bordstein treten, nach links und rechts schauen und erst gehen, sobald kein Auto mehr kommt. Machen wir all dies und passen unseren Plan an den Verkehr an, den wir sehen, kommen wir nicht nur heil drüben an, sondern haben auch noch erfolgreich Datenassimilation betrieben.
Freilich klingt das anders, wenn Wissenschaftler zu erklären versuchen, wie ihnen Datenassimilation hilft. Meteorologen zum Beispiel arbeiten schon seit Jahren mit ihr. Der Deutsche Wetterdienst schreibt: „In der Numerischen Wettervorhersage versteht man unter Datenassimilation die Angleichung eines Modelllaufes an die wirkliche Entwicklung der Atmosphäre, wie sie durch die vorhandenen Beobachtungen beschrieben wird.“ Gemeint ist, dass eine Wettervorhersage nur dann genau ist, wenn das Modell, mit dem man sie berechnet, immer wieder mit neuen Messdaten aktualisiert, also assimiliert, wird.
Seit 2017 gibt es an der Universität Potsdam einen ganzen Sonderforschungsbereich, den SFB 1294, der sich mit den mathematischen Grundlagen der Datenassimilation beschäftigt. Für Portal Wissen haben wir die beiden Mathematiker und Sprecher des SFB, Prof. Sebastian Reich und Prof. Wilhelm Huisinga, gefragt, wie Datenassimilation eigentlich genau funktioniert – und in welchen Forschungsgebieten man sie künftig noch gewinnbringend einsetzen kann. Zwei Beispiele dafür haben wir uns im SFB gleich selbst angeschaut: die Analyse von Blickbewegungen und die Erforschung des Weltraumwetters.
Daneben ist die aktuelle Ausgabe des Magazins voller Forschungsprojekte, die auf verschiedenste Weise um Daten kreisen. So wirft der Atmosphärenphysiker Markus Rex einen Blick voraus auf die spektakuläre MOSAiC-Expedition, bei der der deutsche Forschungseisbrecher „Polarstern“ ab September 2019 ein Jahr lang eingefroren durch das Nordpolarmeer driften und dabei zahlreiche Daten rund um Eis, Ozean, Bio- und Atmosphäre sammeln wird. Wir haben ein Forschungskolleg besucht, dessen Doktoranden die Datensammelwut unserer neuen technologischen Alltagsbegleiter kritisch unter die Lupe nehmen. Im Projekt „TraceAge“ wollen Ernährungswissenschaftler mithilfe der Daten von Tausenden Probanden einer Langzeitstudie mehr über die Funktion von Spurenelementen in unserem Körper herausfinden. Informatiker haben eine Methode entwickelt, mit der aus der Datenflut des WWW relevante Informationen gefiltert werden, sodass Blinde leichter im Internet surfen können. Ein Biologe untersucht anhand von über Jahrzehnte hinweg erhobenen Daten, wie sich die brandenburgischen Wälder verändern. Und eine Geoforscherin arbeitet daran, aus unscheinbar wirkenden seismischen Daten ein Frühwarnsystem für Vulkanausbrüche zu entwickeln.
Außerdem haben wir uns das neue Schülerlabor der Chemiedidaktik zeigen lassen, einen Juniorprofessor für vergleichende Literaturwissenschaft nach seiner Lust am Ungewissen befragt und mit einer Verwaltungswissenschaftlerin über die Möglichkeiten der digitalen Verwaltung gesprochen. Es geht nicht zuletzt um den märkischen Eulenspiegel, personalisierte Kosmetik und die Frage, wie man Kinder für Sport und Bewegung begeistern kann. Wir wünschen Ihnen viel Vergnügen beim Lesen – und wenn Sie uns Erfahrungsdaten ihrer Lektüre zukommen lassen, werden wir unser nächstes Heft damit assimilieren. Versprochen!
Die Redaktion
Portal Wissen = Data
(2019)
Data assimilation? Stop! Don’t be afraid, please, come closer! No tongue twister, no rocket science. Or is it? Let’s see. It is a matter of fact, however, that data assimilation has been around for a long time and (almost) everywhere. But only in the age of supercomputers has it assumed amazing proportions.
Everyone knows data. Assimilation, however, is a difficult term for something that happens around us all the time: adaptation. Nature in particular has demonstrated to us for millions of years how evolutionary adaptation works. From unicellular organisms to primates, from algae to sequoias, from dinosaurs ... Anyone who cannot adapt will quickly not fit in anymore.
We of course have also learned to adapt in new situations and act accordingly. When we want to cross the street, we have a plan of how to do this: go to the curb, look left and right, and only cross the street if there’s no car (coming). If we do all this and adapt our plan to the traffic we see, we will not just safely cross the street, but we will also have successfully practiced data assimilation.
Of course, that sounds different when researchers try to explain how data assimilation helps them. Meteorologists, for example, have been working with data assimilation for years. The German Weather Service writes, “In numerical weather prediction, data assimilation is the approximation of a model run to the actual development of the atmosphere as described by existing observations.” What it means is that a weather forecast is only accurate if the model which is used for its calculation is repeatedly updated, i.e. assimilated, with new measurement data.
In 2017 an entire Collaborative Research Center was established at the University of Potsdam, CRC 1294, to deal with the mathematical basics of data assimilation. For Portal Wissen, we asked the mathematicians and speakers of the CRC Prof. Sebastian Reich and Prof. Wilhelm Huisinga how exactly data assimilation works and in which areas of research they can be used profitably in the future. We have looked at two projects at the CRC itself: the analysis of eye movements and the research on space weather.
In addition, the current issue is full of research projects that revolve around data in very different ways. Atmospheric physicist Markus Rex throws a glance at the spectacular MOSAiC expedition. Starting in September 2019, the German research icebreaker “Polarstern” will drift through the Arctic Ocean for a year and collect numerous data on ice, ocean, biosphere, and atmosphere. In the project “TraceAge”, nutritionists will use the data from thousands of subjects who participated in a long-term study to find out more about the function of trace elements in our body. Computer scientists have developed a method to filter relevant information from the flood of data on the worldwide web so as to enable visually impaired to surf the Internet more easily. And a geophysicist is working on developing an early warning system for volcanic eruptions from seemingly inconspicuous seismic data.
Not least, this issue deals with the fascination of fire and ice, the possibilities that digitization offers for administration, and the question of how to inspire children for sports and exercise. We hope you enjoy reading – and if you send us some of your reading experience, we will assimilate it into our next issue. Promised!