Wenn man heute die Bewegung von Himmelskörpern simulieren will dann geht das relativ einfach. Ob man nun die Dynamik von extrasolaren Planeten untersucht oder die von Asteroiden – ein normaler PC und ein paar simple Programme reichen aus, um gute Ergebnisse zu bekommen. Das war nicht immer so…


Ich selbst habe für meine Diplomarbeit noch an großen DEC-Rechnern gearbeitet und tatsächlich VMS gelernt und bin sogar noch mit Mosaic im Internet gesurft – und das ist gerade erst mal 13 Jahre her. Davor gab es noch größere und schlechter zu bedienende Rechner und ich kenne noch genug Leute, die mit Lochkarten programmiert haben. Und es ist noch gar nicht so lange her, dass Wissenschaftler überhaupt keine Computer benutzen konnten. Trotzdem wollten sie Probleme lösen, ohne Unmengen an Rechnungen per Hand durchführen zu müssen.

Eines dieser Probleme ist die gravitative Wechselwirkung von Galaxien. Wenn zwei Galaxien sich annähern und miteinander kollidieren: was passiert dann? Um das herauszufinden, muss man jede Menge Sterne und deren wechselseitige gravitative Anziehung berechnen. Und selbst wenn man in jeder Galaxie nur 100 Sterne hat, dann sind das schon 40000 Kräfte, die man ausrechnen muss – für jeden einzelnen Zeitschritt! In der Realität sind in einer Galaxie aber viel mehr Sterne…

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Die wechselwirkenden Galaxien NGC 2207 und IC2163 (Bild: Hubblesite.org)

Heute ist es einfach, solche Galaxienkollisionen zu berechnen (obwohl es natürlich immer noch nicht trivial ist, solche Rechnungen tatsächlich durchzuführen – wer möchte, kann sich hier ein entsprechendes Programm ansehen und runterladen). Ich habe sowas damals in einem Praktikum während des Studiums gemacht. Aber wie simuliert man die Interaktion von Galaxien, wenn man keine Computer hat? Der schwedische Astronom Erik Bertil Holmberg hatte sich 1941 genau diese Frage gestellt. Und eine äußerst geniale Lösung gefunden!

Holmberg benutzte jeweils 37 Glühbirnen um die Konfiguration von Sternen in einer Galaxie zu darzustellen. Die Lichtstärke der Birnen wurde so gewählt, dass sie die proportional zum Gravitationspotential der Galaxie sind. Und anstatt jetzt mühsam für jeden Zeitschritt die gravitativen Kräfte auszurechnen, hat Holmberg einfach gemessen! Mit einem Photometer – denn auch die Intensität des Lichts fällt mit dem Quadrat des Abstands; genauso wie die Gravitation. Holmberg konnte also in seinem Modell die Lichtintensität messen und daraus bestimmen, welche gravitative Beschleunigung an einem bestimmten Punkt wirkt und die Glühbirnen entsprechend bewegen. Sein Modell war natürlich äußerst simpel und funktionierte nur in zwei Dimensionen – aber er war trotzdem der erste, der untersuchen konnte, wie Galaxien wechselwirken.

Seine Ergebnisse sahen zum Beispiel so aus:

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Links sieht man die beiden Glühbirnengalaxien in der Ausgangskonfiguration und rechts das, was sich bei der Kollision der Galaxien ergibt. Man erkennt deutlich, dass sich Spiralarme herausgebildet haben – die aber eigentlich keine echten Spiralarme sind sondern Auswirkungen der Gezeitenkräfte zwischen den Galaxien. Holmberg selbst dachte damals allerdings, dass es sich tatsächlich um Spiralarme handelt, die gerade entstehen. Er dachte außerdem, dass er mit seinen Simulationen zeigen konnte, dass Galaxien sich auf diese Weise zu Galaxienhaufen zusammenfinden können; dass also Galaxien, die sich auf die richtige Arte und Weise treffen einander umkreisen. Erst Jahrzehnte später konnten Holmbergs Arbeiten auf modernen Computern wiederholt werden und seine Ergebnisse bestätigt bzw. korrigiert werden. Heute wissen wir z.B. dass die Galaxienhaufen eher nicht durch gravitativen Einfang von Galaxien entstehen. Aber um das herauszufinden, braucht es eben viel mehr Simulationen als Holmberg damals durchführen konnte.

Numerische Simulationen von Galaxien mit 74 Massepunkten erscheinen aus heutiger Sicht natürlich lächerlich. Aber in einer Zeit, in der Computer noch nicht wirklich existierten haben, Holmberg eine äußerst geniale und absolut nicht lächerliche Lösung für ein astronomisches Problem gefunden!


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Kommentare (16)

  1. #1 Gluecypher
    24. August 2010

    AAAARRRGGGGHHHH!

    [Besserwisser-Mode on] Weil ich selbst mal ein paar Jahre in der Beleuchtungsindustrie gearbeitet habe…….”Es gibt kein Glüh-Obst!”. Das sind Glühlampen!
    So, und weil Du sowieso nichts besseres zu tun hast, schreibst Du das jetzt 100 mal!
    [Besserwisser-Mode off]

    Aber die Idee ist genial, sozusagen der Analog-Computer. Da gab’s sogar mal eine Miniserie im “Spektrum”, so in der Zeit, als der 286er mit Monochrom-Monitor “nur noch” 11.999 DeeEmm gekostet hat.

  2. #2 Bullet
    24. August 2010

    So ein alter Sack bist du? *gg* Hömma, was ist denn aus der Geronten-Gelassenheit geworden, die du eigentlich besitzen müßtest? Als ich “IBM-kompatibel” zum ersten Mal gelesen hab, waren gerade 486-33 modern. Nur so als Vergleich.

  3. #3 Lars Fischer
    24. August 2010

    Tsts, du bist doch krank. Husch ins Bett!

  4. #4 Florian Freistetter
    24. August 2010

    @Lars: “Tsts, du bist doch krank. Husch ins Bett! “

    Tja – mit Laptop und WLAN kann man auch im Bett jede Menge tolle Sachen anstellen 😉

  5. #5 Gluecypher
    24. August 2010

    @Bullet

    Geronten-Gelassenheit….pfffft. Das ist Altersboshaftigkeit. Wenn ich schon keinen Spass mehr haben kann, dann auch keine Anderer 8] Gift und Galle für Euch alle! So, ich geh’ jetzt mal irgendwen anschreien, grmblm.

  6. #6 eman
    24. August 2010

    hallo florian,
    ist vielleicht eine offtopic frage,
    wie kommt es dass es heftige sonnenstürme gibt, so wie hier auf dieser grafik:

    http://www2.nict.go.jp/y/y223/simulation/realtime/

    aber die sonnenaktivität ruhig ist?

    danke für die antwort

  7. #7 Basilius
    24. August 2010

    [Off-Topic]
    Beim Besserwissen will ich ja auch immer gerne mitspielen:)
    Mich macht es auch immer krank, wenn die Leut’s von Neon-Röhren sprechen, aber immer nur Leuchtstofflampen in den Händen halten.
    [Offer-Topic]
    Bei mir war der erste IBM-Klon ein 486 DX2 und damit mindestens doppelt so schnell. Jedenfalls im gefühlten Prestige 😉
    Bin ich damit ein jüngerer Sack als Bullet?
    [All-Off-Topic-Off]

    Ich liebe Analogcomputer! Was man damit machen kann ist schon immer wieder erstaunlich. Vorausgesetzt die Andordnung wird durchdacht aufgebaut. Das Problem ist ja, daß man hier immer einen eigenen Computer für jedes physikalische Problem das man untersuchen will, neu konzipieren und bauen muss. Insofern haben wir es da mit den heutigen generischen Kisten schon einfacher. Aber in der genialen Konzept-Ästhetik sind die Analogen immer noch unschlagbar. Aber dieser Meinung sind wahrscheinlich nur noch ein paar Exoten-Querköpfe oder alte Säcke…
    Tolle Idee! Toller Artikel!

  8. #8 XyloCephalus
    24. August 2010

    @Basilius, Bullet, Gluecypher: Alter und “alt” ist relativ, man ist vor allen Dingen so jung, wie man sich gibt und fühlt, also bitte keine Müdigkeit vorschützen.

    Ich habe damals noch einen Apple ][ genutzt, und besitze den immer noch, als “historisches” Stück. Das ist dann eben “älter”.

  9. #9 Gluecypher
    24. August 2010

    Hey, nur dass hier keine falschen Schlüsse gezogen werden. Als der 286 in der SdW beworben wurde, war ich noch nicht mal in der Kollegstufe. Und meine erste eigene Kiste war auch ein 486, Taktfrequenz vergessen, aber unglaubliche 30 Mb Festplatte. Windose über DOS starten und so. Boah, ey.

    @Basilius

    Hör mich damit auf. Die würden ganz schon dusselig aus der Wäsche schauen, wenn da wirklich Neon d’rin wäre, hihi. Auch schön ist “Xenon-Schweinwerfer” für High Intensity Discharge Lampen.
    Und was die Analog-Compis angeht, naja, die werden wirklich bei großen Problemen “leicht” unhandlich, und die Boot-Zeit erst 😉 Aber als Idee ganz schick.
    Diejenigen, die hier nur Bahnhof verstehen….das war gefühlt kurz nach dem I. Weltkrieg, als die Gummistiefel noch aus Holz waren.

    @Xylocephalus

    Hmmmmm, watt? Bin gerade kurz über meinem Keyboard eingenickt ^_^

  10. #10 Basilius
    24. August 2010

    @XyloCephalus
    Ja, ist schon klar. Außerdem gab es bei mir ja auch schon ein paar Rechner vor der IBM-PC Zeit… Nach meinem relativ gefühlten eigenen Alter bin ich aber irgendwo bei 17 Lenzen stehengeblieben. Peter Pan wollte ja auch partout nicht älter werden ^__^

  11. #11 rolak
    24. August 2010

    Die Idee mit “Lämplis als GravSenkenErsatz” ist einfach zu schön :-) Ein gutes Beispiel für eine niedrigaufwendige aber höchst funktionale Nebenlösung.

    Große DEC-Rechner? Die Alphas? Das ist Lästerung an der Geschichte 😉 Ich war ehrlich froh, als bei meinem damaligen Semesterferienarbeitgeber ein Netz aus speicherheizungsartigen Microvaxen die alte 11/751 und ähnliches Schwermetall ablöste… Mein erster Rechner, der nicht aus TTL-slices zusammengelötet war, hieß übrigens SDK-85, ein DevelopmentKit für die 8085-cpu.

  12. #12 Benrd Ulmann
    24. August 2010

    Hi – vermutlich bin ich ein Exoten-Querkopf (Posting von Basilius), denn ich halte die Idee des analogen Rechnens, das heisst des Rechnens mit Modellen, noch immer fuer deutlich leistungsfaehiger als die des speicherprogrammierten Digitalrechners. Ein Analogrechner muss nicht notwendigerweise auch analogelektronisch aufgebaut werden – es gab und gibt durchaus digitale Analogrechner (MADDIDA, Bendix D-12, der Steuerrechner der Polaris-Raketen, TRICE uvm.), und gerade mit den heutigen Mitteln (FPGAs) boete sich ein analoger Coprozessor gerade zu an (aehnlich wie EAIs SimStar, der von der NASA wohl noch immer betrieben wird). Der Vorteil des Rechnens mit Modellen liegt in erster Linie darin, dass man sich den Overhead der algorithmischen Steuerung spart (und damit auch die bei herkoemmlichen Parallelrechnern unvermeidlichen Synchronisations- und Kommunikationsaufwaende). Dazu kommt noch die wesentlich groessere Problemnaehe analoger Loesungen, was aus Sicht des Anwenders einen grossen Vorteil darstellt.
    Zugegebenermassen sind analogelektronische Analogrechner nur noch etwas fuer Museen (oder Enthusiasten wie mich :-) ), aber eine digitale Renaissance der Idee moechte ich nicht nur nicht ausschliessen, sondern hoffe stark, sie zu erleben.
    Viele herzliche Gruesse – Bernd.

  13. #13 Pete
    24. August 2010

    @Gluecypher· 15:37 Uhr

    Neon ist in den Leuchtstofflampen tatsaechlich drin. Es dient als Zuendhilfe fuer die eigentliche Hg-Entladung. Ist fuer Hg-Niederdruckdampflampen sinnvoll, um die Hg-Stossionisation im Gang zu bringen.

    Ansonsten, die Idee mit den Gluehlampen ist wirklich genial.

    Pete

    ps. mein erster Computer war ein 486/33; zu der Zeit, als 1MB Hauptspeicher 120,-DM kostete. Darum waren es erstmal deren vier…

  14. #14 Evil Dude
    25. August 2010

    ICH WUSSTE ES!!!eins11elf
    ES existiert doch! Das auf Bild 1 ist eindeutig das FSM!

  15. #15 Gluecypher
    25. August 2010

    @Pete

    Weiss ich auch, aber wenn das Licht nur von den Neon-Spektrallinien stammen würde, hätte das Ganze ja so’n büschen watt von Puff, nä.

  16. #16 Christian Berger
    27. August 2010

    @Benrd Ulmann
    Das Problem mit “Analogrechnern” ist, das man hier viele Objekte hat, solch ein Rechner würde zwar alle gleichzeitig berechnen, bräucht dafür aber auch n Recheneinheiten und n^2/2 (oder so) Verbindungen.
    Die serielle Arbeitsweise ist dafür tendentiell besser geeignet.