Erforschung der Evolution unseres Sonnensystems vorantreiben
Die Aufzeichnung der Entwicklung unseres Sonnensystems scheint sich als eine Aufgabe zu erweisen, die ebenso lange wie die Bildung der Planeten dauern könnte. Doch Wissenschaftler lassen sich davon nicht abhalten und ihre Forschungen haben zur Entwicklung von numerischen mathematischen Modellen und Simulationen geführt, mit denen man bislang die Geschichte des Sonnensystems rund 250 Millionen Jahre zurückverfolgen konnte. Um noch schneller ein umfassendes Bild von der Evolution des Sonnensystems zu erhalten, haben Mathematiker der Fakultät für Informatik an der Universität des Baskenlandes (UPV/EHU) neue numerische Methoden entwickelt, mit denen schnellere und genauere Simulationsrechnungen möglich sind. Das Team der UPV/EHU hat das Forschungspotential der interdisziplinären Zusammenarbeit in Kooperation mit Mathematikern, Informatikern, Physikern und Astronomen der Universitäten Valencia und Castellon sowie des Observatoriums Paris ausgenutzt. "Der bekannte Astronom Jaques Laskar vom Pariser Observatorium erforscht die Entwicklung des Sonnensystems bereits seit einiger Zeit", sagt Ander Murua, Mathematiker an der UPV/EHU. "Laskar hat unter anderem präzise mathematische Modelle des Sonnensystems entwickelt. Mithilfe von numerischen Methoden und Großrechnern hat er Berechnungen dazu angestellt, wie sich das Sonnensystem über Jahrmillionen hinweg entwickelt hat." Laskars Team führte die letzte Simulation vor drei Jahren durch und ging dabei 250 Millionen Jahre zurück. Die Rechner benötigten dazu ein ganzes Jahr. Obwohl die für die letzten 50 Millionen Jahre errechneten Ergebnisse zuverlässig seien, ließe sich Laskar zufolge dasselbe für Ergebnisse, die noch weiter zurück liegen, aufgrund des chaotischen Verhaltens des Systems nicht sagen. "Wenn Laskar das nächste Mal eine Simulation vornimmt, möchte er zuverlässige Ergebnisse für einen Zeitraum von 70 Millionen Jahren erreichen. Dazu muss das mathematische Modell feinabgestimmt und müssen die numerischen Rechenmethoden verbessert werden", so Murua. Über gemeinsame Bekannte stellte Laskar so den Mathematikern an der UPV/EHU die Aufgabe, schnellere und genauere Simulationen zu entwickeln. Dies führte zu einer breiter angelegten Kollaboration, bei der Murua und die Informatiker Joseba Makazaga und Mikel Anto¤ana an der Fakultät für Informatik zusammenkamen und mit der Verfeinerung des von Laskar verfolgten Ansatzes begannen. "Wir haben uns der von Laskar angeregten Aufgabe gestellt und die numerischen Methoden, die für die Simulation verwendet werden, verbessert", so Murua. "Unser Team war zum großen Teil für die Entwicklung numerischen Methoden verantwortlich, die effektiver sind als die bisher bekannten. Wir haben erstens eine größere Genauigkeit erzielt und zweitens haben wir die für die Kalkulationen benötigte Zeit erheblich reduziert." Die Forscher führten viele Versuche durch, um die Gültigkeit ihrer neuen numerischen Methoden zu überprüfen. Dabei stellten sie fest, dass die Simulation mit dieser Methode zehn Mal schneller als mit vorherigen durchgeführt werden kann. "Wir wissen nicht, wann Laskar die Simulation wieder durchführen will, doch wenn er es angeht, werden wir nicht wieder ein ganzes Jahr auf die Ergebnisse warten müssen. Die Aufgabe wird in wenigen Wochen abgeschlossen sein", so Murua. In der Zwischenzeit wurde eine Erläuterung zu den entwickelten numerischen Methoden in der Fachzeitschrift Applied Numerical Mathematics mit dem Titel "New families of symplectic splitting methods for numerical integration in dynamical astronomy" veröffentlicht. Murua kündigte außerdem eine Veröffentlichung der Ergebnisse des Vergleichs zwischen den neuen und den alten Methoden in der Fachzeitschrift Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy an.Weitere Informationen finden Sie unter: http://www.elhuyar.org/EN
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