6 Planeten, 2 Monde & 1 Komet – nicht oft gewährt ein einzelnes Projekt in der Weltraumforschung neue Einblicke in so viele unterschiedliche Objekte unseres Sonnensystems. Das europaweite Konsortium IMPEx bietet genau das und berichtet nun von einem signifikanten Fortschritt. Zum ersten Mal in der Geschichte der Weltraumforschung wird ein neu entwickeltes Datenmodell Simulationsergebnisse mit Beobachtungsdaten verschiedener Weltraummissionen direkt verknüpfen. Dieser lange erwartete Fortschritt ermöglicht die einfache Kombination von Computermodellen mit In-situ-Messungen. So wird es den Wissenschaftern erleichtert, ein besseres Verständnis komplexer Beobachtungsdaten zu gewinnen, Daten-Lücken durch numerische Simulationen zu schließen, aber auch beides – Beobachtungen und Simulationen – leichter zu verifizieren. Das Hauptanwendungsgebiet des neuen Datenmodells wird die Erforschung von Plasma- und Magnetfeldumgebungen verschiedener Objekte unseres Sonnensystems sein.

Derzeit ist eine Vielzahl verschiedener Weltraummissionen aktiv. Abgesehen von den hohen Kosten dieser Missionen teilen sie alle einen entscheidenden Nachteil: Sie bleiben sich selbst überlassen. Buchstäblich. Aufgrund der Komplexität der Weltraumforschung werden Instrumente und Software jeweils individuell gebaut und programmiert, die Datensammlung und -verarbeitung erfolgt durch individuelle Protokolle. Das hat zur Folge, dass der Austausch, der Vergleich und die gemeinsame Nutzung verschiedener Beobachtungsdaten mit aufwendigen Computermodellen von Drittpartnern beinah verunmöglicht wird – manche sprechen gar von einer „Mission Impossible“. Eine Herausforderung für die Bewertung der Aussagekräftigkeit von In-situ- und Simulationsdaten. Doch ein Konsortium österreichischer, finnischer, französischer und russischer Wissenschafter stellt das nun alles auf den Kopf.

IMPEx und sein „Impact“
Im Rahmen des EU-Projektes IMPEx entwickelten Forscher nun zum ersten Mal erfolgreich ein Datenmodell, das die Lücke zwischen Beobachtungsdaten und modernen Computermodellen schließen soll. Das Erstellen dieses Datenmodells, dessen Fokus auf Plasma- und Magnetfeldumgebungen zahlreicher Planeten, Monde und Kometen liegt, gelang dem Team in weniger als drei Jahren nach dem Projektstart 2011. Dazu gehören auch eigens angepasste Software Tools und entsprechende Simulations-Datenbanken. Dr. Maxim Khodachenko, Projekt-Koordinator und Senior Scientist am Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz, kommentiert diesen Erfolg folgendermaßen: „Unser Datenmodell, das von unseren französischen Kollegen der Institute LATMOS und CDPP in Zusammenarbeit mit russischen und finnischen Projektpartnern entwickelt wurde, wird in großem Maße dazu beitragen, planetare Phänomene zu simulieren und Messungen von Weltraummissionen zu interpretieren. Darüber hinaus schafft es die Möglichkeit, Modelle mit experimentellen Daten zu verifizieren und Beobachtungslücken mit passenden Simulationsläufen aufzufüllen. Diese Errungenschaften bringen wichtige Vorteile bei der Vorbereitung neuer Weltraummissionen, aber auch beim Lösen technologischer Herausforderungen.“

Folgender Link liefert einen Einblick in die Visualisierungsmöglichkeiten von IMPEx:
http://www.youtube.com/watch?v=8AxJRPho334#t=561

Viele Missionen – Ein Modell
Tatsächlich werden zahlreiche Weltraummissionen direkt von der Forschung des Projektes IMPEx profitieren, im Speziellen aber vor allem von der ersten kompletten Version des Datenmodells, welches fortlaufend verbessert wird. Diese sind zum Beispiel die Merkur-Mission BepiColombo, aber auch Venus Express und Mars Express, Cluster und Themis für die Erde, Galileo, Juno und Juice für Jupiter und seinen Mond Ganymed, oder Cassini für Saturn und seinen Mond Titan. Doch damit nicht genug: Auch die Kometen-Mission Rosetta, die ihr Ziel – den Kometen Churyumov-Gerasimenko – im November 2014 erreicht, wird durch das neue Datenmodell bereichert. Dabei war eine der größten Herausforderungen, die das IMPEx-Team zu bewältigen hatte, die große Diversität der verschiedenen Software-Systeme, welche in all diesen Missionen zum Einsatz kommen. „Es ist eine Vielzahl verschiedener Systeme da draußen“, erklärt Dr. Esa Kallio vom finnischen Partnerinstitut FMI. „Die Kombination dieser Systeme unter einem einzigen gemeinsamen Kommunikations-Protokoll stellte eine wirkliche Herausforderung dar. Wir mussten ein ganzes Set an Methoden definieren, von denen mehrere von unterschiedlichen Datenbanken geteilt werden.“ Vincent Génot, Project Scientist von IMPEx, ergänzt: „Tatsächlich stellen diese Methoden das Herz des IMPEx-Protokolls dar. Dieses bietet nun mehrere webbasierte Tools zur Kombination, Analyse und Visualisierung von Simulations- als auch Beobachtungsdaten an.“

Das IMPEx-Datenmodell wurde kürzlich auch erfolgreich von der University of California (UCLA), Los Angeles, angewandt, um komplexe magnetohydrodynamische Modelle diverser weltraumphysikalischer Phänomene zu entwickeln. Ein Hinweis auf die großen Vorteile und Effizienz des Modells bei Applikation in der Weltraumphysik.

Weitere Informationen finden Sie unter: http://impex-fp7.oeaw.ac.at

Das FP7-Projekt IMPEx (Integrated Medium for Planetary Exploration / Integriertes Medium für Planetare Forschung) wird von der EU unter der Grant Agreement Nummer 262863 gefördert.

IMPEx Kern-Team aus Österreich:
Maxim Khodachenko (Koordinator)
Tarek Al-Ubaidi (Projektmanager and IT-Experte)
Florian Topf (IT-Experte)
Manuel Scherf (Wissenschaftlicher User-Support und Validierung)

Internationales Konsortium:
Esa Kallio (stellvertretender Koordinator), FMI, Finland
Vincent Génot (Project Scientist), CNRS/IRAP, France
Michel Gangloff (Work Package Leader), CNRS/IRAP, France
Walter Schmidt (Work Package Leader), FMI, Finland
Igor Alexeev (Work Package Leader), SINP-MSU, Russia
Ronan Modolo (Task Leader), CNRS/LATMOS, France

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