Schlagwort: Simulation

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Illustris-Simulation des Universums


Videocredit: Illustris-Arbeitsgruppe, NASA, PRACE, XSEDE, MIT, Harvard CfA; Musik: The Poisoned Princess (Media Right Productions)

Beschreibung: Woher kommen wir? Klicken Sie hier, lehnen Sie sich zurück und sehen Sie zu. Diese Computersimulation der Entwicklung des Universums zeigt, wie Galaxien entstanden sind, und bietet Einblicke zum Platz der Menschheit im Universum.

Das Illustris-Projekt verbrauchte im Jahr 2014 20 Millionen CPU-Stunden, indem es die Entwicklung von 12 Milliarden Auflösungselementen in einem Zeitraum von 13 Milliarden Jahren und einem Würfel mit einer Seitenlänge von 35 Millionen Lichtjahren verfolgte. Die Simulation erfasst Materie bei der Entstehung einer Vielzahl von Galaxientypen. Während sich das virtuelle Universum entwickelt, kondensiert bald ein Teil der Materie, die mit dem Universum expandiert, durch Gravitation und bildet Fasern, Galaxien und Galaxienhaufen.

Dieses Video zeigt den Blickpunkt einer virtuellen Kamera, die um einen Teil des sich verändernden Universums kreist. Zuerst zeigt es die Entwicklung Dunkler Materie, dann Wasserstoff, der nach Temperatur gekennzeichnet ist (0:45), danach schwere Elemente wie Helium und Kohlenstoff (1:30) und schließlich wieder Dunkle Materie (2:07). Links unten läuft die Zeit ab dem Urknall, rechts unten ist die Art der Materie, die gerade gezeigt wird, gelistet. Explosionen (0:50) zeigen extrem massereiche Schwarze Löcher in Galaxienzentren, die Blasen aus heißem Gas ausstoßen.

Es wurden interessante Unstimmigkeiten zwischen Illustris und dem echten Universum untersucht, einschließlich der Frage, warum die Simulation eine Überfülle alter Sterne erzeugte.

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Virtueller Vorbeiflug an der Strudelgalaxie


Videocredit: F. Summers, J. DePasquale und D. Player (STScI); Musik: Into the Wormhole (Jingle Punks via Youtube)

Beschreibung: Wie sieht es aus, wenn man über eine Spiralgalaxie fliegt? Um das zu visualisieren, berechneten Astronominnen und Trickfilmspezialisten am Space Telescope Science Institute aus Daten und Bildern vom Weltraumteleskop Hubble einen virtuellen Vorbeiflug an der Strudelgalaxie (M51). Die Strudelgalaxie ist nur 25 Millionen Lichtjahre entfernt und insgesamt 50.000 Lichtjahre groß. Sie ist eine der hellsten und malerischsten Galaxien am Himmel.

Beim virtuellen Vorbeiflug sind Spiralarme sichtbar, die von jungen blauen Sternen, älteren helleren Sternen, dunklen Staubbahnen und hellen roten Emissionsnebeln markiert sind. Viele weit entfernte Galaxien sind direkt durch M51 sichtbar. Die Visualisierung ist als Zeitraffer gedacht, weil sonst die Geschwindigkeit der virtuellen Kamera sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegen müsste.

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Simulation TNG50: Ein Galaxienhaufen entsteht


Videocredit: IllustrisTNG-Projekt; Visualisierung: Dylan Nelson (Max Planck Institut für Astrophysik) et al. Musik: Symphonie No. 5 (Ludwig van Beethoven) via YouTube Audio Library

Beschreibung: Wie entstehen Galaxienhaufen? Da sich unser Universum zu langsam bewegt, um es zu beobachten, werden schneller bewegte Computersimulationen erstellt, um das herauszufinden. Ein neuer Versuch ist TNG50 von IllustrisTNG, eine verbesserte Version der berühmten Illustris-Simulation.

Der erste Teil dieses Videos zeigt die Spuren kosmischen Gases (großteils Wasserstoff), das sich vom frühen Universum bis heute zu Galaxien und Galaxienhaufen entwickelt, wobei hellere Farben schneller bewegtes Gas markieren. Während das Universum heranreift, fällt Gas in Gravitationssenken, Galaxien entstehen, Galaxien rotieren, Galaxien kollidieren und verschmelzen, und die ganze Zeit über entstehen Schwarze Löcher in Galaxienzentren und stoßen umgebendes Gas mit hoher Geschwindigkeit aus.

Die zweite Hälfte des Videos folgt der Spur von Sternen und zeigt, wie ein Galaxienhaufen mit Gezeitenschweifen und Sternströmen zustande kommt. Der Ausfluss von Schwarzen Löchern ist in TNG50 überraschend komplex, und die Details werden mit unserem realen Universum verglichen. Zu untersuchen, wie Gas im frühen Universum verschmolz, hilft der Menschheit besser zu verstehen, wie Erde, Sonne und Sonnensystem ursprünglich entstanden sind.

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Animation: Perseïden-Meteorstrom

Visualisierungscredit: Ian Webster; Daten: NASA, CAMS, Peter Jenniskens (SETI-Institut)

Woher kommen die Meteore der Perseïden? Es sind vorwiegend kleine Steinsplitter, die vom Kometen Swift-Tuttle abfielen. Diese Stücke folgen weiterhin der Bahn des Kometen. Dabei treiben sie langsam auseinander.

Diese Animation zeigt den ganzen Strom an Meteoroiden, der um unsere Sonne kreist. Jedes Jahr nähert sich die Erde diesem Strom. Dann sehen wir den Meteorstrom der Perseïden. Die Animation zeigt den Kometenschutt hell. Normalerweise ist er klein und dunkel, sodass man ihn praktisch nicht aufspüren kann. Nur ein kleiner Bruchteil dieser Teilchen gelangt in die Erdatmosphäre. Dort wird er aufgeheizt und leuchtet, wenn er zerfällt.

Dieses Wochenende verspricht eine der besten Himmelsnächte, wenn man die Perseïden und weitere aktive Meteorströme beobachten möchte. Denn der Neumond ist nicht nur dunkel, er steht außerdem die meiste Zeit nachts gar nicht am Himmel. Zwar überstrahlt der Neumond nicht die blassen Perseïden, doch er bedeckt teilweise die Sonne. Daher kann man an manchen nördlichen Orten eine partielle Sonnenfinsternis beobachten.

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Galaxienentstehung in einem magnetischen Universum


Bildcredit: IllustrisTNG Projekt; Visualisierung: Mark Vogelsberger (MIT) et al. Musik: Gymnopedie 3 (Komponist: Erik Satie, Musiker: Wahneta Meixsell)

Beschreibung: Wie sind wir hierher gekommen? Wir wissen, dass wir auf einem Planeten leben, der einen Stern umkreist, welcher um eine Galaxie kreist, aber wie ist das alles entstanden?

Um die Details besser zu verstehen, verbesserten Astrophysiker die berühmte Illustris–Simulation zu IllustrisTNG – diese ist nun das komplexeste Computermodell der Entwicklung von Galaxien in unserem Universum. Dieses Video zeigt die Magnetfelder vom frühen Universum (Rotverschiebung 5) bis heute (Rotverschiebung 0). Relativ schwache Magnetfelder sind blau abgebildet, starke sind weiß dargestellt. Diese B-Felder passen sehr gut zu Galaxien und Galaxienhaufen.

Am Beginn der Simulation umkreist eine virtuelle Kamera das virtuelle IllustrisTNG-Universum und zeigt eine 30 Millionen Lichtjahre große junge Region, die ziemlich fadenförmig ist. Durch die Schwerkraft entstehen viele Galaxien und verschmelzen, während sich das Universum ausdehnt und entwickelt. Am Ende stimmt das simulierte IllustrisTNG-Universum statistisch gesehen gut mit unserem gegenwärtigen wirklichen Universum überein, obwohl es einige interessante Unterschiede gibt – zum Beispiel eine Abweichung bei der Energie von Radiowellen, die von schnell bewegten geladenen Teilchen abgestrahlt wird.

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Immersive Visualisierung des galaktischen Zentrums Sgr A*

Videocredit: NASA, CXC, Pontifical Catholic Univ. of Chile, C. Russell et al.

Was sieht man, wenn man aus dem Zentrum unserer Galaxis nach außen schaut? Dieses Video zeigt zwei wissenschaftlich ermittelte Möglichkeiten. Das immersive Video umfasst 360 Grad. Man kann es in jede Richtung drehen. Die Computersimulation basiert auf Infrarotdaten des Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile und Röntgendaten des NASA–Röntgenobservatoriums Chandra im Orbit.

Im Video erreicht ihr zu Beginn rasch Sgr A* (Sagittarius A Stern). Dort ist das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxis. Wenn ihr dann nach außen seht, zeigt die 500-Jahre-Zeitraffersimulation leuchtendes Gas und viele Lichtpunkte, die um euch kreisen. Viele der Punkte sind junge Wolf-Rayet-Sterne. Von diesen strömen sichtbare heiße Winde in die umgebenden Nebel.

Wolken, die näher kommen, werden länglich. Gleichzeitig fallen Objekte, die zu nahe kommen, hinein. Gegen Ende des Videos wiederholt sich die Simulation. Diesmal stößt die dynamische Region um Sgr A* heißes Gas aus, das die näher kommende Materie zurückstößt.

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Tauchgang auf Jupiter

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Gerald Eichstadt, Justin Cowart

Diese Simulation zeigt einen Sturz in die obere Atmosphäre von Jupiter. Er ist der größte Gasriese im Sonnensystem. Die faszinierende Animation entstand aus Bilddaten von JunoCam und dem Mikrowellenradiometer, das sich an Bord der Raumsonde Juno befindet. Juno kreist um Jupiter.

Die Reise beginnt etwa 3000 Kilometer über Jupiters südlichen Wolkenoberflächen. Am Display links könnt ihr der Reise folgen. Wenn die Höhe sinkt, steigt die Temperatur, wenn ihr bei Jupiters berühmtem Rotem Fleck tiefer taucht. Der Rote Fleck ist das größte Sturmsystem im Sonnensystem. Junos Daten zeigen, dass er ungefähr 300 Kilometer in die Atmosphäre des Riesenplaneten hinabreicht. Im Vergleich dazu liegt der tiefste Punkt in den Ozeanen der Erde in einer Tiefe von nur etwa 11 Kilometern. Aber keine Panik. Ihr fliegt auch wieder hinaus.

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Wirbelsturmsaison – animiert

Videocredit: M. R. Radcliff (USRA) et al., NASA – GSFC, SVS; Musik: Elapsing Time von C. Telford und R. A. Navarro (ASCAP)

Auf welchen Wegen wandern Wirbelstürme? Seit langer Zeit will man gefährliche Stürme besser verstehen. Daher sammelte die NASA die Daten von mehreren Satelliten und kombinierte sie. Das Video zeigt eine Simulation der Wirbelsturmsaison vom letzten Jahr. Sie wurde mit Supercomputern aus diesen Daten modelliert.

Das Video zeigt Aerosole, die in der Luft schweben. Rauch ist weiß gefärbt. Meersalz ist blau und Staub braun. Von August bis Oktober 2017 wurden die Daten für das Video auf der Nordhälfte der westlichen Erdhalbkugel aufgezeichnet. Die Aerosole machen Winde sichtbar, die mitunter unsichtbar sind. Mitten in vielen faszinierenden Strömungen wirbeln rechts Orkane über den Atlantik. Einige Wirbelstürme peitschten Inseln und Küstenregionen in Nordamerika. Danach verflüchtigten sie sich im Nordatlantik.

Es lohnt sich, die Wettermuster dieses Jahres zu analysieren. Dann erhalten wir vielleicht schon nächstes Jahr genauere Vorhersagen von Unwettern.

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