Mein Spezialgebiet in der Astronomie ist die Himmelsmechanik und dort die numerische Simulation von Planetensystemen. Man bastelt sich im Computer ein Planetensystem, bei dem man die Zeit nach Belieben vor und zurück laufen lassen kann. So kann man beobachten, wie sich die Planeten verhalten und was passiert, wenn man bestimmte Parameter verändert. Ich habe das alles früher schon mal in einer eigenen Serie beschrieben: Teil 1, Teil 2, Teil 3, Teil 4. Aber natürlich kann man auch andere Systeme numerisch simulieren. Nicht nur die Planeten eines Planetensystems, sondern auch die Sterne in einer Galaxie. Oder die Galaxien in einem Galaxienhaufen. Oder man macht gleich Nägel mit Köpfen und simuliert das ganze Universum auf einmal.
Ok, das ist selbst für unsere Supercomputer noch ein hartes Stück Arbeit. Aber in den letzten Jahrzehnten hat sich da einiges getan. 1941 hat Erik Bertil Holmberg noch Glühbirnen benutzt um die Wechselwirkung von Galaxien zu simulieren. Heute kann man nicht nur simulieren, wie Galaxien miteinander interagieren, man kann simulieren, wie sie entstehen. Bei Projekten wie der Millenium-Simulation fängt man nicht mit fertigen Galaxien an, sondern nur mit diffuser Materie – so wie nach dem Urknall – und lässt sie wechselwirken um zu sehen, unter welchen Umständen sich Galaxien und Galaxienhaufen bilden die denen im realen Universum ähneln.
Solche Simulationen sind ganz anders aufgebaut als die numerischen Simulationen mit denen ich zu tun habe, wenn ich die Bewegung von Planeten untersuche. Bei einem Planetensystem hat man normalerweise knapp ein Dutzend Himmelskörper, die gegenseitig Gravitationskraft aufeinander ausüben. Man braucht auch – bis auf bestimmte Spezialfälle – nur die Gravitationskraft berücksichtigen. Nichtgravitative Kräfte oder hydrodynamische Effekte wie sie bei der Berücksichtigung von Gas- oder Staubwolken auftreten, müssen einen normalerweise nicht kümmern. Das klappt bei der Simulation von Galaxien bzw dem ganzen Universum nicht. Hier muss man die gravitative Wechselwirkung von zehntausenden Objekten berechnen; man muss den Einfluss der dunklen Materie berücksichtigen (gerade bei der Galaxienentstehung ist das fundamental, da sich die normale Materie dort ansammelt, wo auch viel dunkle Materie ist) – man braucht hier völlig andere Methoden und kann solche Simulationen auch meistens nur auf Supercomputern rechnen. Man muss die Programme also wieder so modifizieren, dass sie gleichzeitig auf tausenden Prozessoren laufen können – usw. Ich habe früher mal einige Zeit am Physikinstitut der Uni Zürich verbracht und mir dort von den Experten für astrophysikalische Simulationen auf Supercomputern all das beibringen lassen. Aber das ist nichts, was man so eben mal lernt; eine vernünftige kosmologische Simulation ist ein aufwendiges Forschungsprojekt!
Aber wenn man dann erstmal das Universum bzw. die Galaxien in seinem Computer hat, kann man damit jede Menge coole Sachen anstellen 😉 Aber eigentlich wollte ich gar nicht so viel erzählen, ich wollte eigentlich nur dieses nette Video verlinken, in dem kurz und knapp die Simulation von Galaxien auf dem Computer erklärt wird:
Kommentare (28)