Im Zuge meines Praktikums reiste ich im Juli 2019 für zwei Wochen nach Kiel, um dort an der Christian-Albrechts-Universität einen genauen Einblick in die Tätigkeiten eines Astrophysikers erlangen zu können.
MEIN AUFGABENFELD AN DER CHRISTIAN-ALBRECHTS-UNIVERSITÄT ZU KIEL
Auf der Suche nach potentiell lebensfreundlichen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bedarf es vieler ausgeklügelter Methoden, um diese überhaupt erst erkennen zu können. Ein Beispiel dafür ist die sogenannte Transitmethode, bei welcher man sich über einen längeren Zeitraum hinweg die Leuchtkraft eines Sterns anschaut und auf periodisch wiederkehrende Verdunkelungen dessen achtet. Diese sind ein wichtiger Indikator dafür, dass ein Planet für diese Verdunkelungen sorgt. Die Abnahme der Leuchtkraft ist dabei so gering, dass sie nur mit ganz lichtsensitiven Teleskopen festgestellt werden kann. Mithilfe dieses Verfahrens ist es der Menschheit möglich gewesen, die Existenz tausender Exoplaneten nachzuweisen. Ein großer Teil davon wurde durch das Kepler-Weltraumteleskop der NASA entdeckt. Dieses befand sich auf einem Orbit um die Sonne, ähnlich dem Erdorbit, und betrachtete bis zum Ende seiner Mission einen Ausschnitt aus dem Sternbild Schwan. Mithilfe dieses Teleskops wurden etwa 2500 Planeten entdeckt.
Im Rahmen ihrer Bachelorarbeit entwickelte eine Kieler Studentin vor nicht einigen Jahren ein Programm, mit welchem man Simulationen zu genau diesen Transiten von Exoplaneten durchführen kann. Dieses Programm wurde später von zwei weiteren Studenten modifiziert und erweitert. Nachdem man verschiedene Parameter des Sterns und seines zugehörigen Planeten (Radius, Umlaufzeit etc.) eingegeben hat, simuliert das Programm die Lichtstärke des Sterns in Abhängigkeit von der Zeit. Mithilfe von Gnuplot lassen sich die Resultate graphisch darstellen. Zu sehen ist dann zumeist eine durchgezogene Linie, die in regelmäßigen Abständen eine „Einbuchtung“ nach unten hat. Diese stellen den Transit der Planeten dar; die Tiefe dieser Einbuchtungen zeigt, wie stark die Leuchtkraft des Zentralgestirns dabei abnimmt.
Im Rahmen meines Praktikums habe ich mich mit eben diesem Simulationsprogramm befasst, und habe dabei die Lichtkurven verschiedener Planeten aus dem Exoplanet-Archiv der NASA runtergeladen und mit den Ergebnissen der Simulation mit gleichen Planeten- und Sternparametern verglichen. (Link: https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/cgibin/ICETimeSeriesViewer/nph-ICEtimeseriesvieweridtype=source&inventory_mode=id_single&id=10666592&dataset=Kepler)
Der Planet, mit welchem ich mich am Meisten auseinandergesetzt habe, ist „HAT-P-7 b“. Im vorher genannten Archiv gibt es Daten zur durch ihn verursachten Lichtkurve, zu seinen Parametern und denen seines Sterns. Mithilfe dieser ist es mir gelungen, die Simulation so durchzuführen, dass die simulierte Lichtkurve (lila) fast deckungsgleich mit der aus dem Internet (grün) ist.
Daraufhin habe ich andere Planeten in dem Archiv gesucht, um weitere ähnliche Resultate zu erzielen. Dies erwies sich im Nachhinein als schwierig, da bei den wenigsten Planeten die Daten wirklich brauchbar waren. Oftmals wurden diese durch Rauschen etc. so verfälscht, dass man nicht einmal mehr eine Lichtkurve erkennen konnte. Auch wenn es eine solche Kurve gab, konnte ich dennoch keinen Planeten mehr finden, bei dem man mit den vorgegebenen Parametern die Verläufe der Lichtintensität rekonstruieren könnte. Ein Beispiel dafür liefert der Planet „KOI-13b“. Die violette Simulationskurve deckt sich nicht mit den grünen Realwerten.
Die eben genannten Untersuchungen stellen den ersten Teil meiner Arbeit an Exoplanettransiten dar. Zu Beginn der zweiten Woche habe ich mit Hilfe eines Mitarbeiters über die Formeln, die in der Bachelorarbeit über das Simulationsprogramm stehen, einzelne Bahnparameter von HAT-P-7b bestimmen können. Der wichtigste zu berechnende Teil ist die sogenannte Transithöhe b gewesen, ein Parameter, welcher bestimmt, ob der Exoplanet mittig am Stern vorbeizieht (b=0), oder ob er über dieser Linie seinen Transit vollzieht (0<b<1).
Zur Berechnung der Transithöhe benötigt man eine Formel zur Berechnung der Inklination i. Diese gibt an, um welchen Winkel die Umlaufbahn des Planeten relativ zum Betrachter geneigt ist. Im Falle von HAT-P-7b beträgt dieser 83,11°. Die Formel sieht aus wie folgt:
T steht hierbei für die Transitdauer und P für die Bahnperiode des Planeten. Diese Parameter sind aus der Simulation bekannt, ebenso die Inklination i. Somit muss man nur nach b auflösen. Für HAT-P-7b habe ich den Wert 0,45 errechnet. Der Planet müsste somit ca. an der Grenze zum oberen Viertel seinen Transit vollziehen. Einer der Studenten hatte in seiner Bachelorarbeit ein Python-Programm entworfen, welches b ausrechnet und somit zeitsparender ist als die handschriftliche Variante. Mithilfe dessen habe ich einen ähnlichen Wert erhalten, was mein Ergebnis bekräftigt. Mithilfe der Transithöhe lassen sich weitere Parameter wie der Bahnumfang und -Radius, der Sternradius und eine Annäherung der Bahngeschwindigkeit bestimmen; dafür hatte ich jedoch während meines Praktikums keine Zeit mehr.
Während meines Praktikums durfte ich einen tieferen Einblick in einen Teilbereich der Astrophysik erhalten. Mir wurde gezeigt, wie man Exoplaneten detektieren und dessen Parameter und Eigenschaften
bestimmen kann. Durch das Programm habe ich mich ein wenig mit der Programmiersprache C++ beschäftigen dürfen, wodurch mir indirekt auch einen Einblick in alltägliche Berufsfeld gewährt wurde. Mein Dank gilt den Mitarbeitern der Abteilung Astrophysik, dafür dass mir dieses Praktikum gewährt wurde.
AUFENTHALT IN KIEL
Für mein Praktikum bin ich mit dem Zug über 8 Stunden quer durch Deutschland gefahren. Während meines Aufenthalts in Kiel bezog ich ein Zimmer in einer Jugendherberge. Dort lernte ich viele neue Leute in meinem Alter kennen, mit denen ich mich über vielerlei Sachen unterhalten konnte. Da diese selbst aus verschiedenen Ecken Deutschlands oder sogar anderen Ländern angereist waren, war der Austausch über verschiedene Lebensweisen und Traditionen in den einzelnen Regionen besonders interessant. Ebenfalls boten diese neuen Bekanntschaften eine Möglichkeit, vom Alltag in der Heimat „abzuschalten“, was ähnlich einem üblichen Urlaub zu einer gewissen Entspannung während meines Aufenthalts beigetragen hat.
Am ersten Tag meiner Ankunft fand der letzte Tag der „Kieler Woche“ statt. Dabei handelt es sich um ein einwöchiges Fest, bei welchem Kultur, Tradition und Bräuche verschiedener Länder aus der ganzen Welt in einer einzigen Stadt zusammenfinden und gemeinsam feiern. Nach meiner Ankunft in der Stadt durfte ich somit einen schönen Vorgeschmack auf die belebte Stadt erleben. In Kiel gab es außerdem viele verschiedene schöne Orte zu sehen. So konnte ich beispielsweise täglich auf meinem Weg an der Kieler Hörn, einem Anlegeplatz für Schiffe, vorbeigehen; dort gab es auch des Öfteren große Kreuzfahrtschiffe zu bestaunen.
An einem Wochenende nahm ich an einem öffentlich zugänglichen Street-Basketballturnier teil. Dieses bot für mich eine weitere Möglichkeit, verschiedene neue Bekanntschaften zu schließen, die durch das gemeinsame Interesse am Sport zusätzlich gefestigt wurden.
Alles in Allem durfte ich in Kiel eine breit gefächerte kulturelle und historische Atmosphäre erleben. Netter zwischenmenschlicher Umgang und Höflichkeit werden in der Stadt groß geschrieben, weshalb ich eine Reise nach Kiel (sei es als Praktikum oder zu anderen Anlässen) durchaus empfehlen kann.