Computersimulationen in der Astronomie

Leiter: Raphael

Was ihr bekommt.

Wir werden uns in der AG mit den Grundlagen der N-Körper-Simulation beschäftigen und dabei numerische Verfahren zum Bestimmen der Bewegung gravitativ wechselwirkender Teilchen kennen lernen. Diese Verfahren implementieren wir in C++ und schreiben Programme, mit denen wir unsere Berechnungen visualisieren können. Nach diesen Grundlagen können wir uns mit der Simulation vereinfachter Sternmodelle beschäftigen, Raumfahrtfreunde können in Simulationen des Sonnensystems versuchen, Raketen von der Erde auf fremde Planeten zu schicken. Die Aufzeichnungen, welche ich die letzten Jahre als Grundlage genutzt habe, könnt ihr euch hier (PDF) angucken. Zum ASL 2011 gibt es eine neue Version, die auf das Programm von 2011 abgestimmt ist, das sich deutlich von dem der Vorjahre unterscheidet. Als Schwerpunktthemen ist für 2011 geplant:

• Orbit-Orbit-Resonanzen (Warum kollidieren Neptun und Pluto nicht? Warum ist Hildas Orbit "dreieckig"?)
• Stationäre Punkte im Gravitationspotential des Sonnensystems (Wo kann man Satelliten sinnvoll positionieren? Wie bewegen sich Trojaner-Asteroiden?)
• Gezeitenkräfte und hierarchische Galaxienentstehung (Wie wachsen Galaxien, wie bewegen sich Sternströme?)

Dazu werden natürlich die nötigen physikalische und mathematische Grundlagen vermittelt:

• Numerische Verfahren zum Lösen von Differenzialgleichungen (Wie kann man den Computer sinnvoll zum Bestimmen von Orbits nutzen?
• Erhaltungsgrößen (Wann baut unsere Simulation Mist?)
• Algorithmen, die ein schnelles Berechnen der gravitativen Wechselwirkung vieler Teilchen ermöglichen

Mit unseren Programmen können wir zum Beispiel Simulationen wie die folgenden Schreiben (kurze Filme):
http://www.flickr.com/photos/errani/5339331534 (Galaxienkollision)
http://www.flickr.com/photos/errani/5277020258 (Sonnensystem)
Einige kleine Computersimulationen rund um die Astrophysik habe ich hier hochgeladen, ähnliche programmieren wir ebenfalls während der AG:
http://spiro.fisica.unipd.it/~errani/programs/programs.html

Was ihr mitbringen solltet.

• Grundlagen der Programmierung sollten bekannt sein. Falls ihr noch nie programmiert habt, es aber lernen und an der Arbeitsgemeinschaft teilnehmen wollt, meldet euch bitte bei mir.
• Grundlagen der Differential, - Integral und Vektorrechnung sollten bekannt sein. Falls ihr die noch nicht habt, könnt ihr das Mathe1-Seminar besuchen und dort das in der ersten Woche lernen, was benötigt wird. Dieses Jahr liegt der Schwerpunkt jedoch auf Algorithmen, wer noch nicht so fit mit der oben genannten Mathematik ist, muss sich also trotzdem keine Sorgen machen, nicht mitzukommen.