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SONNE
Hermit hilft bei Sonnenwindforschung
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Würzburg
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22. Juni 2012

Wissenschaftler der Universität Würzburg wollen dem Ursprung der schnellsten Elektronen im Sonnenwind auf die Spur kommen. Das Werkzeug ihrer Wahl ist dabei allerdings kein Sonnenobservatorium, sondern der Stuttgarter Superrechner Hermit. Hier stehen den Forschern jetzt 60 Millionen Stunden Rechenzeit für ihre Simulationen zur Verfügung.

Sonne

Die Sonne bläst ständig Partikel ins All. Hier eine besonders eindrucksvollen Sonneneruption im Juni 2011 in einer Aufnahme des Solar Dynamics Observatory. Bild:: NASA/SDO

Jede Sekunde schickt die Sonne rund eine Million Tonnen Materie ins Weltall. Vor allem kleine und leichte Teilchen sind darin vertreten wie Elektronen, Protonen und Alphateilchen. Als sogenannter Sonnenwind breiten sie sich in alle Richtungen aus; einige von ihnen treffen nach kurzer Zeit auch auf die Erdatmosphäre. "Die meisten dieser Teilchen strömen mit einer Geschwindigkeit von etwa 400 Kilometer pro Sekunde an der Erde vorbei. Allerdings haben Satellitenbeobachtungen gezeigt, dass etwa eins von einer Milliarde Teilchen eine wesentlich größere Geschwindigkeit aufweist, die mehr als das Hundertfache der üblichen betragen kann", weiß Dr. Felix Spanier, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Astronomie der Universität Würzburg.

Gemeinsam mit seinem Doktoranden Patrick Kilian will Spanier in den kommenden Monaten aufklären, woher dieser Geschwindigkeitsunterschied kommt. Ebenfalls an dem Projekt beteiligt sind der Informatiker Stefan Siegel und der Masterstudent Andreas Kempf. Wertvolle Unterstützung haben sie dafür unlängst von einer Gutachterkommission am Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) bekommen: Die Kommission hat der Gruppe um Felix Spanier 60 Millionen Stunden Rechenzeit auf "Hermit", dem derzeit schnellsten zivilen Supercomputer in Europa, zur Verfügung gestellt. "Damit können wir hochaufgelöste Simulationen durchführen, die zeigen sollen, wie Elektronen so stark beschleunigt werden", so Spanier.

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Hermit wurde erst am 28. Februar dieses Jahres in Stuttgart in Betrieb genommen. Das von der Firma Cray gebaute System liefert mit seinen gut 7.000 Prozessoren insgesamt etwas über ein Peta-Flops, erledigt also eine Million Milliarden Rechenschritte pro Sekunde. "Wie beim Zugang zu anderen Großgeräten auch, wird die Rechenzeit nicht von der Universität eingekauft, sondern aufgrund von Anträgen bewilligt", erklärt Kilian das Auswahlverfahren.

Wissenschaftler, die den Rechner für ihre Forschung nutzen wollen, beschreiben ihr geplantes Projekt und begründen, wieso gerade ihnen Zugang gewährt werden soll. Die Anträge werden üblicherweise zweimal im Jahr gebündelt von Mitarbeitern des Rechenzentrums bewertet. Diese müssen klären, welche Projekte machbar und sinnvoll sind, und vergeben dementsprechend Rechenzeit.

Doch woher könnten die schnellen Elektronen stammen? "Derzeit geht die Wissenschaft davon aus, dass diese schnellen Teilchen erzeugt werden, wenn die Sonne bei einer Eruption Masse auswirft und diese beim Auftreffen auf den Sonnenwind eine Schockfront ausbildet", erklärt Kilian. Die Details dieser Beschleunigung sind jedoch nicht vollständig bekannt, viele Fragen sind noch offen. Antworten sollen die Untersuchungen der Würzburger Physiker liefern.

"Wir arbeiten mit hochaufgelösten Simulationen, die das Verhalten von Milliarden von Elektronen und Protonen und die elektrischen und magnetischen Felder zwischen ihnen zeitlich und räumlich aufgelöst berechnen", erklärt Kilian. Weil Felder und Teilchen immer wechselseitig auf einander wirken, bräuchten die Wissenschaftler für ihre Berechnungen keine Annahmen über die Mikrophysik im Sonnenwind. Die komplexe Dynamik ergebe sich allein aus dem Wechselspiel der Bestandteile. "Mit der von uns verwendeten Simulationstechnik können wir sowohl den Weg als auch die Herkunft schneller Teilchen zurückverfolgen und so den Mechanismus der Teilchenbeschleunigung besser verstehen", hofft Kilian.

Nachtrag (22. Juni 2012, 19 Uhr): Da sich einige Leser vielleicht gewundert haben, als Nachtrag eine kurze Erläuterung zu der auf den ersten Blick ungewöhnlich hohen Zahl von 60 Millionen Rechenstunden, die dem Würzburger Team bewilligt wurden. Die Rechenzeit für Höchstleistungsrechner wird in der Regel pro Prozessorkern berechnet und Hermit verfügt über 113.644 Kerne. Jeder der rund 7.000 im Text erwähnten Prozessoren besteht nämlich aus 16 Kernen.

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siehe auch
Sonnenwind: Die Bedeutung des Erdmagnetfelds - 12. März 2012
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