Geo- und Raumwissenschaften

Auf den Spuren des marinen Lebens im Tethys-Ozean

Auf den Spuren des marinen Lebens im Tethys-Ozean

Die Kalksteine der Insel Malta sind mitunter reich an Fossilien. Diese stammen aus der Zeit der Tethys, eines erdgeschichtlichen Ozeans. Leona Bekteshi nahm an zwei Standorten Gesteinsproben, um diese im Labor zu untersuchen. In Dünnschliffen und unter dem Rasterelektronenmikroskop konnte sie vor allem Mikrofossilien nachweisen. Die Vielfalt reichte von den einzelligen Foraminiferen bis zu Schwämmen, Rotalgen und Seeigeln. Das führte die Jungforscherin zu dem Schluss, dass es sich um Lebensräume gehandelt haben muss, die relativ küstennah waren. Denn nur in lichtdurchfluteten und gut mit Sauerstoff versorgten Wasserschichten ist eine solche Artenvielfalt und Individuenanzahl möglich. Die Fossilien können also helfen, die Erdgeschichte der Mittelmeerinsel zu rekonstruieren.

Auswirkungen von Feinsedimenten auf die Entwicklung von Bachforellenlaich 2.0

Auswirkungen von Feinsedimenten auf die Entwicklung von Bachforellenlaich 2.0

Feine Sedimentpartikel schädigen den Laich der Bachforelle, indem sie die Schlupfrate verringern. Das ist ein Problem, weil in vielen Flüssen die Sedimentfracht zunimmt. Daher untersuchte Leonie Prillwitz diesen Prozess der Schädigung im Detail. Die Jungforscherin ging der Frage nach, welche Auswirkung die Größe der Sedimentpartikel auf die Entwicklung der Eier hat. So konnte sie in Laborversuchen nachweisen, dass die Mortalitätsrate mit sinkender Korngröße steigt. Zudem waren negative Effekte eines hohen organischen Anteils im Sediment erkennbar und es zeigte sich die Tendenz, dass der Laich vor allem in der frühen Entwicklungsstufe durch Feinsedimente geschädigt wird. Diese Erkenntnisse sollen künftig helfen, den Einsatz sogenannter Brutboxen zu optimieren.

Das Doppelsternsystem CSS080502 – Analyse anhand eigener Beobachtungen und Recherchen

Das Doppelsternsystem CSS080502 – Analyse anhand eigener Beobachtungen und Recherchen

Anna Köster analysierte das Doppelsternsystem CSS080502 mittels selbst erstellter Hochleistungsteleskopaufnahmen. Ihre Daten weisen auf die Existenz zweier Exoplaneten hin, also von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Das erforschte Doppelsternsystem liegt im Sternbild der Wasserschlange an der Grenze zum Krebs. Durch Recherchen und eigene Beobachtungen konnte sich die Jungforscherin ein Bild von CSS080502 machen. Dafür wertete sie mehr als 1 400 Fotos aus, die sie mithilfe des Las Cumbres Observatory (LCO) aufnahm. Dieses Netzwerk besteht aus 13 robotergesteuerten Teleskopen. Ihre Auswertungen lassen zwei Exoplaneten im Doppelsternsystem vermuten: einen Exoplaneten mit nahezu kreisförmiger Umlaufbahn und einen weiteren, vermutlich sehr massereichen Planeten, mit stark elliptischer Umlaufbahn.

Erforschung des HD189733-Systems

Erforschung des HD189733-Systems

Wie sehen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems aus und kann auf diesen Exoplaneten potenziell Leben existieren? Diese spannenden Fragen der Astronomie beschäftigten auch Anna Maria Weiß. Sie erforschte von der Erde aus den Stern HD189733 und seinen Planeten HD189733b. Es gelang ihr, die Existenz des Exoplaneten mit einem erdgebundenen Teleskop nachzuweisen und einzelne Parameter des Sonnensystems zu berechnen. Die Datenreihen dafür nahm die Jungforscherin in der Schulsternwarte auf. Sie verglich ihre Ergebnisse mit den Daten anderer Wissenschaftler und spezieller Lichtkurven des Weltraumteleskops TESS. Aus der geringen Entfernung von Stern und Planet lässt sich schließen, dass die hochenergetische Strahlung des Sterns möglicherweise einen Masseverlust des Exoplaneten bewirkt.

Ermittlung der mikrobiellen Aktivität ausgewählter Böden anhand des Katalasetests

Ermittlung der mikrobiellen Aktivität ausgewählter Böden anhand des Katalasetests

Die Aktivität von Mikroben im Boden wird durch die Vegetation und andere Umweltbedingungen beeinflusst. Leonie Fuchs nahm Bodenproben an neun verschiedenen Standorten und untersuchte in diesen die Konzentration des Enzyms Katalase, das ein gutes Indiz für die Aktivität des Bodenlebens ist. So konnte die Jungforscherin zum Beispiel bei Böden im Laubwald eine deutlich höhere mikrobielle Aktivität feststellen, verglichen mit den Böden eines Nadelwaldes. Bei den Ackerböden zeigte sich, dass es eine Vielzahl von Parametern gibt, die auf das Bodenleben einwirken. Analysen zu unterschiedlichen Jahreszeiten konnten beispielsweise belegen, dass Trockenheit zur Abnahme der Aktivität führt. Weitere Erkenntnisse könnten nun eine genauere Analyse der Böden wie auch des Mikrobengehalts bringen.

Fossile Hölzer vom Lago Omodeo – Rekonstruktion eines autochthonen Tertiärwaldes

Fossile Hölzer vom Lago Omodeo – Rekonstruktion eines autochthonen Tertiärwaldes

Der Lago Omodeo in Zentralsardinien ist als Fundort fossiler Hölzer bekannt. Ob die Bäume einst tatsächlich in der Gegend des Stausees standen, war hingegen lange Zeit unklar. Inga Lovisa Endtmann untersuchte das Gebiet und entdeckte Fundstellen, die in der Literatur noch nicht erwähnt waren. So gelang ihr der Nachweis von insgesamt 37 fossilen Hölzern, darunter Laubhölzer, Nadelhölzer und Palmen. Eine signifikante Anzahl wurde in aufrechter Position gefunden, was als Indiz für einen autochthonen, also einen einst vor Ort existierenden Wald gilt. Da das örtliche Gestein aus vulkanischen Aschen aus dem Erdzeitalter des Miozäns besteht, schließt die Jungforscherin, dass es dort in der betreffenden Epoche Wald gab. Das wäre damit deutlich länger der Fall als bislang angenommen.

Implikationen eines Exoplaneten auf die Spin-Evolution eines isolierten Pulsars

Implikationen eines Exoplaneten auf die Spin-Evolution eines isolierten Pulsars

Bent Gröschner, Emilia Lucia Träger Artigas und Weda Zeug untersuchten Exoplaneten, das sind Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Die ersten Exoplaneten wurden um einen Pulsar gefunden. Ein Pulsar ist ein schnell rotierender Neutronenstern, der nach einer Supernova entsteht und einen charakteristischen Eigendrehimpuls zeigt. Dieser Spin ist von der Erde aus als Blinken zu erkennen. Die Jungforschenden gingen der Frage nach, ob Exoplaneten zur Untersuchung des Spins genutzt werden können. Dabei fanden sie einen Zusammenhang zwischen der Evolution des Spins und der Bahn des Exoplaneten. Da sich die Bedingungen in einem Pulsar mit seinen starken Magnetfeldern und hohen Dichten auf der Erde nicht nachstellen lassen, können ihre Beobachtungen helfen, unser Wissen über die Funktionsweise des Universums zu erweitern.

KI-unterstützte Fernerkundung – ein Verfahren hoher Genauigkeit?

KI-unterstützte Fernerkundung – ein Verfahren hoher Genauigkeit?

Bei der Fernerkundung der Erde per Satellit entstehen riesige Datenmengen, die durch den Menschen nicht mehr vollumfänglich ausgewertet werden können. Hier müssen folglich Algorithmen helfen, die die Teilflächen der Bilder klassifizieren. Jasper Eggert nutzte Verfahren der künstlichen Intelligenz, um die einzelnen Pixel der Satellitenbilder seines Untersuchungsgebiets im Bereich der Weser- und Elbmündung nach Land-, Wasser- und Wattflächen zu differenzieren. Die Unterscheidung ist dabei möglich, weil jede Art von Fläche eine eigene Spektralsignatur aufweist, also eine charakteristische Art, die Wellenlängen zu reflektieren. Mit seinen Verfahren gelang dem Jungforscher eine automatisierte Flächenanalyse, auch wenn bei kleinen Objekten noch gelegentlich Fehlinterpretationen auftraten.

Künstliche Huminstoffe – als ökologischer Dünger geeignet?

Künstliche Huminstoffe – als ökologischer Dünger geeignet?

Zur Verbesserung der Erträge im Gartenbau wird häufig Torf eingesetzt. Bei dessen Abbau werden jedoch ökologisch wertvolle Hochmoore zerstört. Anabel Richter und Estella Lützen setzten daher auf künstliche Huminstoffe als Alternative. Diese erzeugten sie im Labor, indem sie Bioabfälle, zum Beispiel Kartoffelschalen, in einem Reaktor zersetzten. Anschließend konnten die Jungforscherinnen in Experimenten belegen, dass ihre selbst hergestellten Huminsäuren die Wasserspeicherkapazität des Bodens deutlich erhöhten, was zudem bei Starkregen das Risiko von Hochwasser mindern kann. Versuche mit Kräutern, die verbessertes Pflanzenwachstum durch den Zusatz von Huminstoffen im Boden belegen sollten, brachten allerdings nicht das gewünschte Ergebnis, weshalb weitere Analysen erforderlich sind.

Meteore – Vergleich des Verlaufs ihrer Video- und Radiosignale

Meteore – Vergleich des Verlaufs ihrer Video- und Radiosignale

Jedes Jahr gehen unzählige Meteore auf die Erde nieder. Um sie zu erfassen, sind an manchen Orten Videokameras in den Himmel gerichtet. Das Auswerten ihrer Bilder mit bloßem Auge ist allerdings eine mühselige Angelegenheit. Um solche Aufnahmen automatisch analysieren zu können, entwickelte Linus Sorg in seinem Forschungsprojekt eine KI-Software. Bei einem Test konnte er damit mehr als 80 Prozent aller per Auge erkennbaren Sternschnuppen aufspüren. Darüber hinaus nahm der Jungforscher das Phänomen unter die Lupe, dass Meteore die Signale von irdischen Radiosendern reflektieren können. Diese „Radioechos“ nahm er mit einer Antenne auf und glich sie mit gleichzeitig aufgenommenen Videobildern ab. Im Ergebnis machten sich bis zu 30 Prozent der Meteore auch per Radiosignal bemerkbar.

Mit QR-Codes durch Stadtroda

Mit QR-Codes durch Stadtroda

Digitale Stadtführungen müssen sich nicht auf Großstädte beschränken. Maike Gräfenstein, Emilie Gräfe und Charlize Opitz erstellten ein solches Angebot für die Kleinstadt Stadtroda. An zwölf Sehenswürdigkeiten brachten sie Tafeln mit QR-Codes an, mit denen die Besuchenden bei Interesse jeweils auf eine Internetseite geleitet werden, auf der der Standort und seine Historie beschrieben sind. Um ein möglichst spezifisches Angebot für Touristinnen und Touristen zu schaffen, bereiteten die Jungforscherinnen die Informationen jeweils für vier verschiedene Altersklassen auf, vom Kind bis zu älteren Menschen. Dabei stützten sie sich auf Umfragen, mit denen sie zuvor das Interesse der betreffenden Zielgruppen analysiert hatten. Das Angebot könnte künftig in Stadtroda das Interesse an der Stadtgeschichte fördern.

Modellierung eines innovativen Nahverkehrsnetzes für Osnabrück

Modellierung eines innovativen Nahverkehrsnetzes für Osnabrück

Der innerstädtische Nahverkehr kann sehr unterschiedlich organisiert sein. Buslinien können sternförmig ins Zentrum führen oder die Stadt durch konzentrische Ringe erschließen. Möglich ist zudem die Schaffung von Stadtteillinien, die wiederum miteinander vernetzt sind. Auch vielfältige Mischformen sind denkbar. Tim Kiebert simulierte mit einer Software das Osnabrücker Straßennetz, um eine optimale Linienstruktur zu finden, die die Fahrzeiten kurz hält und eine hohe Auslastung der Fahrzeuge sicherstellt. Am besten schnitt sein Konzept „Stadtteilsammelmodell mit Plus“ ab. Dabei werden die Stadtteile miteinander vernetzt und über Umsteigepunkte an eine plusförmige Schnellverbindung in die Stadtmitte angebunden. Die Analysen können nun helfen, den Nahverkehr in Osnabrück attraktiver zu gestalten.

Realisierung eines Geodatenerfassungs- und Auswertungssystems am Beispiel Feinstaub

Realisierung eines Geodatenerfassungs- und Auswertungssystems am Beispiel Feinstaub

Das Fahrrad kann bei der täglichen Fahrt durch die Stadt auch zur Erfassung von Geodaten eingesetzt werden. Felix Hörner, Felix Makartsev und Michel Weber konstruierten ein kompaktes Messsystem, das kontinuierlich Daten zur Luftqualität ermittelt und diese zusammen mit weiteren Parametern und den jeweiligen GPS-Koordinaten an einen Server sendet. Dort stehen sie zur weiteren Auswertung über ein geografisches Informationssystem unmittelbar zur Verfügung. Die Jungforscher testeten ihr Gerät exemplarisch an Feinstaubdaten, die sie während ihrer Fahrradfahrten durch Karlsruhe sammelten. Das System ist so konstruiert, dass auch Laien es ohne Probleme am Rad befestigen und einsetzen können. Die erhobenen Daten stehen dann als Grundlage für künftige stadtplanerische Entscheidungen zur Verfügung.

Seilbahnen in Berlin – ein Vorschlagsalgorithmus für sinnvolle ÖPNV-Erweiterungen

Seilbahnen in Berlin – ein Vorschlagsalgorithmus für sinnvolle ÖPNV-Erweiterungen

Seilbahnen können in Stadtzentren Straßen und Bahnverbindungen entlasten. Vor diesem Hintergrund befassten sich Aleksander Pabis und Mohammad Ali Hassani mit dem öffentlichen Verkehrsnetz der Metropolregion Berlin und analysierten es mit bekannten statistischen Verfahren. Dabei ergaben sich für die einzelnen S- und U-Bahn-Stationen jeweils Kennwerte, die für die Bedeutung der Haltestellen im komplexen Liniensystem stehen. So konnten die Jungforscher unter anderem wichtige S- und U-Bahn-Knotenpunkte ermitteln. Auf dieser Grundlage gewannen sie fundierte Einblicke in die Komplexität der städtischen Verkehrsinfrastruktur in Berlin. Diese Ergebnisse könnten im nächsten Schritt als Ausgangspunkt für einen konkreten Vorschlag einer Trasse dienen, die sich in Berlin für eine Seilbahn eignet.

Untersuchung der horizontalen Ausrichtung des Erdmagnetfeldes

Untersuchung der horizontalen Ausrichtung des Erdmagnetfeldes

Das Erdmagnetfeld ist der Bereich um die Erde, in dem magnetische Kräfte wirken. Kai Richard Probst gelang es mit einem simplen und geländetauglichen Messaufbau, die Horizontalkomponente, also die horizontale Ausrichtung des Erdmagnetfeldes zu ermitteln. Er nahm Messungen an zwei Orten in den Alpen vor. Seine Daten aus dem Öztal zeigten tatsächlich eine starke, bislang unbekannte magnetische Anomalie. Sie ist auf die geologische Beschaffenheit des Bodens zurückzuführen. Chemische Analysen einer Gesteinsprobe bestätigten einen hohen Eisengehalt. Daraus schließt der Jungforscher, dass örtliche geologische Verhältnisse einen großen Einfluss auf das Erdmagnetfeld haben können. Informationen zu Abweichungen im Magnetfeld sind auch für Wanderer wichtig, denn sie können zu Fehlern bei der Kompassanzeige führen.

Untersuchung von Wassermäandern

Untersuchung von Wassermäandern

Nicht nur natürliche Flussläufe sind durch Schlingen gekennzeichnet. Auch auf einer glatten Glasscheibe nimmt Wasser häufig nicht den direkten Weg nach unten, sondern bildet gewundene Mäander aus, wie Matthis Straßer beobachtete. Um diesem Phänomen auf den Grund zu gehen, untersuchte er den Wasserfluss auf einer Plexiglasplatte in Abhängigkeit von deren Neigung und von der Wassermenge. Durch Einfärben des Wassers konnte der Jungforscher auch Teilströmungen innerhalb des Wasserflusses nachweisen. So kam er zu dem Ergebnis, dass es mikroskopische Unebenheiten und Verschmutzungen auf der Glasplatte sind, die Mäander auslösen, was im physikalischen Sinne ein chaotischer Prozess ist. Die Rolle konkreter Verschmutzungen – etwa von Fingerabdrücken – soll noch weiter untersucht werden.

Variable Klimasimulationen mit Deep Learning

Variable Klimasimulationen mit Deep Learning

Bei neuronalen Netzen handelt es sich um Programme, die anhand vorhandener Daten selbstständig lernen. Sie sind ein Zweig der künstlichen Intelligenz. Lilly Schwarz schrieb eine Simulation in der Programmiersprache Python, die das Weltklima vorausberechnet, nachdem es mit historischen Daten der vergangenen Jahrhunderte trainiert wurde. Basis der Algorithmen ist die globale Strahlungsbilanz, die sich durch Treibhausgase wie CO2 verändert. Das System prognostiziert abhängig von den angenommenen CO2-Werten die globalen Temperaturen oder auch das Niveau des Meeresspiegels. Die Ergebnisse stimmen recht gut mit den Simulationen des Weltklimarats IPCC überein, wobei die Jungforscherin darauf verweist, dass ihr System ohne viel Aufwand flexibel an veränderte CO2-Emissionen angepasst werden kann.

Mysterium Gamma-Quellen – Können Sternhaufen Gammastrahlung erzeugen?

Mysterium Gamma-Quellen – Können Sternhaufen Gammastrahlung erzeugen?

Wenn sich junge Sterne in relativer Nähe zueinander sammeln, können durch Wechselwirkungen der Himmelskörper so schnelle Teilchen entstehen, dass diese Gammastrahlung hervorrufen. Vanessa Guthier schrieb Programme, um die Daten statistisch zu analysieren, die sie in Katalogen sowohl der Sternhaufen als auch der Gammastrahlungsquellen fand. Dabei konnte sie zeigen, dass anscheinend folgende Bedingungen erfüllt sein müssen, damit Gammastrahlung entstehen kann: Die Sterne sollten jünger sein als zehn Millionen Jahre, der Sternhaufen sollte mehr als 100 Sterne umfassen und der Radius des Haufens sollte zwischen 8,5 und 15 Einheiten des astronomischen Entfernungsmaßes Parsec liegen. Die Ergebnisse könnten künftig helfen, die Entstehung der Strahlung aus dem All noch besser zu verstehen.

Das Wetter im Bilde

Das Wetter im Bilde

In niedrigen Umlaufbahnen der Erde befinden sich noch immer drei Wettersatelliten aus der Frühzeit der Satellitenära. Im Vergleich zu ihren modernen Pendants nutzen diese alten Erdtrabanten eine einfachere Technik, auch im Hinblick auf die Datenübermittlung, die auf einer niedrigeren Frequenz basiert. Konrad Gralher setzte sich zum Ziel, die frei verfügbaren Messwerte dieser Satelliten einem größeren Kreis von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zugänglich zu machen. Er testete verschiedene Arten von Antennen und entwickelte ein Verfahren zur schnelleren Dekodierung der aus dem All übertragenen Rohdaten mit dem GNU Radio genannten Programmierwerkzeug. Dafür musste der Jungforscher tief in die Materie eindringen, denn öffentliche Dokumentationen zu den Daten sind rar.

Beobachtung und Auswertung der Exoplanetentransits von HAT-P-16 b und KELT-16 b

Beobachtung und Auswertung der Exoplanetentransits von HAT-P-16 b und KELT-16 b

Mit einem gewöhnlichen Schulteleskop beobachteten Konstantin Lehan und Ole Sandmann den Transit von Exoplaneten, also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, und werteten diesen aus. Mit der sogenannten Transitmethode erfassten sie das Vorüberziehen von Planeten vor der Sonne, den Transit, fotometrisch und sammelten so wichtige Daten. Über mehrere Stunden beobachteten die Jungforscher auf diese Weise die Helligkeit von zwei Sternen, um die die Exoplaneten HAT-P-16 b und KELT-16 b kreisen, und analysierten diese Aufnahmen mit einer speziellen Software. Anhand der Daten konnten sie weitere Eigenschaften der Exoplaneten ermitteln, so etwa den Planetenradius. Sie zeigten, dass mit relativ einfachen Mitteln auch im schulischen Kontext Beobachtungen und Auswertungen von Exoplaneten möglich sind.

Untersuchungen am Sturmglas – die Erklärungen zu einem historischen Wettermessgerät

Untersuchungen am Sturmglas – die Erklärungen zu einem historischen Wettermessgerät

Sturmgläser sollen anzeigen, wie das Wetter wird. In den abgeschlossenen Glasbehältern befinden sich Flüssigkeiten mit Salzen, die wechselnde Kristalle ausbilden können, was angeblich je nach Wetterentwicklung geschieht. Janine Jorke wollte dem auf den Grund gehen. Dafür nutzte sie die Raman-Spektroskopie. Dabei werden Moleküle einer Flüssigkeit mit einem Laser bestrahlt und geraten je nach Inhaltsstoffen unterschiedlich in Schwingung. So konnte die Jungforscherin zeigen, wie sich die Stoffkonzentrationen in der Flüssigkeit je nach Art der Kristalle im Glas ändern. Sie wies zudem einen Einfluss der Temperatur der Flüssigkeiten auf die Kristalle nach. Bei anderen Wetterparametern konnte sie dies nicht feststellen. Das Sturmglas taugt somit nicht für die Wetterprognose.

Wissenschaftliche Untersuchung des Sterns Mira im Sternbild Walfisch

Wissenschaftliche Untersuchung des Sterns Mira im Sternbild Walfisch

Gloria Gabriel und Lynn Ascheuer sind fasziniert vom Sternenhimmel. In ihrer Forschungsarbeit befassten sie sich mit den Sternbildern der Perseus-Sage am Herbst- und Winterhimmel der nördlichen Hemisphäre. Dabei stießen sie auf den rötlichen Stern Mira im Sternbild Walfisch. Das Doppelsternsystem fällt durch eine Hülle aus abgestoßener Materie auf, die sich wie ein Schweif hinter dem Stern herzieht. Mithilfe von astrofotografischen und spektroskopischen Aufnahmen, die sie mit einem speziellen Spalt-Spektrografen erstellten, untersuchten sie die chemische Zusammensetzung seiner Fotosphäre. Das ist die innerste Schicht eines Sterns, die sich noch direkt beobachten lässt. Die Jungforscherinnen wiesen spektroskopisch nach, dass die Fotosphäre von Mira Titanoxid, Kalzium und Wasserstoff sowie Spuren von Vanadium enthält.

Abschmelzendes Grönlandeis – nur ein Symptom des Klimawandels oder Vorbote einer Eiszeit?

Abschmelzendes Grönlandeis – nur ein Symptom des Klimawandels oder Vorbote einer Eiszeit?

Bohrkerne können den Blick in die Klimageschichte eröffnen. Marit Paul untersuchte eine solche Probe aus dem Meerfelder Maar durch die Analyse von Fettsäureketten in den Sedimenten. Weil deren Längen mit der jeweils herrschenden Temperatur korrelieren und die Schichtung der Sedimente eine Art von Jahresringen ergibt, ließ sich die letzte Kaltzeit aus der Probe herausarbeiten. Da dieser Kälteperiode eine starke Abschwächung des Golfstroms durch das abschmelzende Grönlandeis vorausging, fragte sich die Jungforscherin, ob auch das heutige Abschmelzen des Eisschildes zu einer neuen Eiszeit in Europa führen kann. Zwar muss die Antwort offenbleiben, aber ihr Beitrag zum verbesserten Verständnis der Zusammenhänge wird helfen, die Auswirkungen der globalen Klimaerwärmung besser zu verstehen.

Analyse eines Lebenserhaltungssystems für eine Mondbasis am lunaren Südpol

Analyse eines Lebenserhaltungssystems für eine Mondbasis am lunaren Südpol

Nach längerer Zeit soll der Mond wieder zum Ziel bemannter Weltraummissionen werden, die NASA hat sogar Pläne für eine feste Station. Mit der Frage, wie eine solche Mondbasis aussehen könnte, befasste sich Lena Kahle in ihrer Forschungsarbeit. Der wichtigste Aspekt dabei ist, wie Lebenserhaltungssysteme und Stromversorgung dimensioniert sein müssen, damit Menschen dauerhaft auf unserem Trabanten siedeln können. Die Jungforscherin entwarf ein Ensemble aus Luftfiltern, Bioreaktoren, Brennstoffzellen und Solarmodulen, inspiriert durch das System auf der Raumstation ISS. Um Abmessung und Zusammenspiel der Komponenten zu prüfen, simulierte sie den Betrieb der Mondbasis mit dem Computer. Dadurch ließ sich unter anderem die erforderliche Größe der Tanks für Wasserstoff und Sauerstoff berechnen.

Die Parallaxe ist die Königsklasse

Die Parallaxe ist die Königsklasse

Unter allen Sternen ist Barnards Pfeilstern derjenige mit der größten bekannten Eigenbewegung. Konrad Thiel und Emmily Grunert setzten sich das Ziel, die diversen in der Astronomie relevanten Bewegungsparameter – Radial-, Tangential- und Raumgeschwindigkeit – mit einfachen Mitteln zu untersuchen. Sie erstellten mit Teleskop und Kamera im Monatsabstand Fotos des Sternenhimmels und werteten die Bilder digital aus. Dabei war auch die Parallaxe, also die nur scheinbare Veränderung der Position eines Objektes, zu berücksichtigen. Diese ergibt sich durch die Bewegung der Erde um die Sonne im Verlauf der Jahreszeiten. So konnten die Jungforscherin und der Jungforscher die verschiedenen Geschwindigkeiten des Pfeilsterns mit oft nur geringen Abweichungen von in der Literatur genannten Werten ermitteln.

Ein Vergleich von Schottergarten und Rasenfläche in ihrem Einfluss auf das Mikroklima

Ein Vergleich von Schottergarten und Rasenfläche in ihrem Einfluss auf das Mikroklima

Mancher Hauseigentümer entscheidet sich heute für eine Schotterfläche anstelle einer Grünfläche vor dem Haus. Felix und Florian Heim wollten wissen, welche Auswirkung diese Gartengestaltung auf das kleinräumige Klima hat. Auf zwei nebeneinander liegenden Versuchsfeldern – eines mit Schotter, eines mit Rasen – bauten sie zwei identische Messstationen auf. Damit erfassten sie mehrere Monate lang die meteorologischen Größen und fanden heraus, dass sich sowohl der Boden des Schottergartens als auch die Luftschicht direkt darüber bei starker Sonneneinstrahlung besonders schnell und stark erwärmte. Über dem Gras war die Luftfeuchtigkeit zudem höher und der Grasboden speicherte die Niederschläge länger. Aus ökologischen Gründen lehnen die Jungforscher Schottergärten daher ab.

Erprobung einer Möglichkeit zur mobilen Messung der Feinstaubbelastung

Erprobung einer Möglichkeit zur mobilen Messung der Feinstaubbelastung

Messstationen für Feinstaub sind in Städten oft wenig repräsentativ für das umliegende Areal. Tim Schwarzbach absolvierte daher über mehrere Monate hinweg 68 Fahrten auf der immer gleichen Route durch Dresden. Auf seinem Fahrrad hatte er ein Feinstaubmessgerät dabei, das – gekoppelt mit den GPS-Daten des Smartphones – für die gut zwei Kilometer lange Strecke jedes Mal ein räumliches Profil der Luftbelastung erstellte. So konnte der Jungforscher nicht nur zeigen, welche Straßenabschnitte besonders stark durch Feinstaub belastet waren, sondern auch Faktoren ermitteln, die Einfluss auf die Luftqualität haben – wie das Wetter und die Tageszeit. Damit bewies er, dass sich bereits mit einfachen Mitteln ein präziseres Bild der Luftbelastung zeichnen lässt, als es stationäre Messstellen können.

Festgeklebt und eingeschlossen für die Ewigkeit II – Pollen in Bitterfelder Bernstein

Festgeklebt und eingeschlossen für die Ewigkeit II – Pollen in Bitterfelder Bernstein

Einschlüsse im Bernstein können Hinweise auf dessen Alter geben. Zumeist richten Forschende ihr Augenmerk dabei auf die konservierten tierischen Überreste. Inga Lovisa Endtmann hingegen untersuchte die eingeschlossenen Pollen. Sie analysierte Dünnschliffe von Bitterfelder Bernstein und löste das fossile Harz zudem im Labor auf. So konnte sie mindestens 14 verschiedene Typen von Pollen und Sporen dokumentieren und auf die Artenzusammensetzung des Bitterfelder Bernsteinwaldes schließen. Daraus wiederum leitete die Jungforscherin das Alter der untersuchten geologischen Schichten ab, das sie nun auf 34 bis 41 Millionen Jahre taxiert. Damit wäre das Gestein noch älter als bisher in der Literatur angegeben. Weitere Untersuchungen sollen folgen, um die Altersbestimmung weiter zu präzisieren.

Geologische und klimatologische Untersuchungen in Püttlingen

Geologische und klimatologische Untersuchungen in Püttlingen

Seit 2016 protokollierten Michael und Johann Rosch jede Woche auf jeweils denselben Flächen in Püttlingen den Blühbeginn und das Blühende von 140 verschiedenen Pflanzen. Dabei konnten sie nachweisen, dass viele Arten in den letzten Jahren zum Teil erheblich früher blühten als in der Fachliteratur angegeben. Manche Pflanzen erwachten sogar mehr als einen ganzen Monat früher aus ihrer Winterruhe. Um die als Ursache vermutete Erwärmung auch anhand meteorologischer Daten nachzuweisen, bauten die Jungforscher 2018 zusätzlich eine eigene Wetterstation auf. Diese zeigte, dass mit nur einer einzigen Ausnahme alle Monate wärmer waren, als es nach einer vorliegenden Klimastatistik zu erwarten gewesen wäre. Der Klimawandel, so ihr Fazit, ist längst vor unserer eigenen Haustür nachweisbar.

Konstruktion des Antriebsstranges eines Rovers basierend auf dem Tensegrity-Prinzip

Konstruktion des Antriebsstranges eines Rovers basierend auf dem Tensegrity-Prinzip

Ein sogenanntes Tensegrity ist eine sich selbst stabilisierende Konstruktion aus Stäben und Seilen. Verändert man die Geometrie des Gebildes, etwa durch gezieltes Verkürzen bestimmter Seile mittels eines integrierten Motors, kann sich das Objekt fortbewegen. Samira Maia Trommer analysierte verschiedene Varianten der technischen Umsetzung und entschied sich für die aus ihrer Sicht günstigste Bauform, um sie in der Praxis zu testen. Die Jungforscherin hatte dabei einen konkreten Einsatzzweck im Blick: Tensegritys könnten eines Tages jene Fahrzeuge ersetzen, die heute bei Weltraummissionen – speziell zur Erkundung auf dem Mars – eingesetzt werden. Denn ein Tensegrity nimmt wenig Raum ein und ist durch seine luftige Konstruktion sehr leicht, was beim Transport in Raumfähren einen großen Vorteil darstellt.

Landwirtschaft auf Kosten der Umwelt? Auswirkung verschiedener Pflanzen auf Böden

Landwirtschaft auf Kosten der Umwelt? Auswirkung verschiedener Pflanzen auf Böden

Nachdem das Image von Biogas durch riesige Maisfelder gelitten hat, wird die Durchwachsene Silphie als ökologisch vorteilhafte Alternative diskutiert. Isabell Seibel und Melina Reckermann verglichen die Auswirkungen von Silphie und Mais auf Boden und Wasserhaushalt, indem sie sowohl bestehende Felder analysierten als auch Kulturen in eigenen Boxen anlegten. Ihre Ergebnisse sprechen für die Silphie: Sie reguliert den Wasserhaushalt des Bodens besser und senkt so das Risiko von Nitratauswaschung. Zudem bildet sie mehr Humus als der Mais, was den Bodenorganismen zugutekommt, und sie ist insektenfreundlich. Eine „Wunderpflanze“ ist die Silphie nach Ansicht der Jungforscherinnen nicht, aber sie macht Biogas umweltfreundlicher, nicht zuletzt, weil sie ohne jährlichen Herbizideinsatz auskommt.

Mikroplastik in Alpenseen – Detektion mittels Nilrot-Färbung

Mikroplastik in Alpenseen – Detektion mittels Nilrot-Färbung

Feinste Plastikpartikel sind inzwischen fast überall in der Umwelt zu finden. Lisa Schreyer nahm sich die Ufersedimente von zwei bayerischen Seen vor und entwickelte ein einfaches Verfahren zum Nachweis der Kunststoffe. Ihre Proben, die sie an jeweils vier Stellen der Seen entnahm, behandelte sie im Labor mit dem fluoreszierenden Farbstoff Nilrot. Da dieser sich speziell an die Polymere bindet, lassen sich die gesuchten Mikropartikel anschließend aufgrund der Wellenlänge des zurückgestrahlten Lichtes per Mikroskop leicht identifizieren. Den höchsten Partikelwert wies die Jungforscherin in der Nähe eines Seebades nach – ein Indiz dafür, dass dort besonders viel Plastikmüll in die Umwelt eingetragen wird, der dann im Laufe der Jahre in kleinste Teile zerfällt und sich im Sediment ablagert.

Modellerzeugung der Erde durch Fernerkundung

Modellerzeugung der Erde durch Fernerkundung

Die Rohdaten von Satellitenbildern beschreiben lediglich, in welchem Maße elektromagnetische Wellen einer bestimmten Länge von den jeweiligen Orten abgestrahlt werden. Sollen daraus Rückschlüsse auf die Art der Landnutzung gezogen werden, müssen die Daten aufwendig verarbeitet werden. Jannik Malte Nicolaysen entwickelte einen selbstlernenden Algorithmus, der unterschiedlich genutzte Flächen zu differenzieren vermag. Der Jungforscher trainierte das System anhand eines bekannten Areals und konnte so am Ende viele Strukturen in der Landschaft mit hoher Präzision identifizieren. Das gelang zudem mit einer überschaubaren Rechenleistung. So werden bessere Analysen der Erdoberfläche im Sinne der Umweltforschung möglich – etwa, indem das Abholzen der Regenwälder genauer erfasst werden kann.

Ökologischer Einfluss von Reifenabrieb auf Straßenrandpflanzen

Ökologischer Einfluss von Reifenabrieb auf Straßenrandpflanzen

Die größte Quelle von Mikroplastik in der Umwelt ist der Reifenabrieb. Lara Melike Ugur und Nico Krüger wollten wissen, welche Auswirkungen die Partikel auf das Wachstum von Pflanzen haben. In Bechern säten sie vier verschiedene Pflanzenarten sowie eine Blumenmischung an. Sie präparierten jeweils vergleichbare Becher, sowohl mit als auch ohne Beimischung von Reifenabrieb im Boden. Dabei zeigte sich, dass die Pflanzenarten unterschiedlich auf die Kontamination reagieren; solche mit größeren Samen vertrugen den Abrieb besser. Die beiden stellten zudem fest, dass die Pflanzen auf den verschmutzten Böden schneller eingingen und dass der pH-Wert des Bodens durch die Partikel zunahm. Daraus schließen die beiden, dass der Eintrag von Reifenabrieb in den Boden verringert werden muss.

Photometric search for Exomoons by using deep learning and a convolutional neural network

Photometric search for Exomoons by using deep learning and a convolutional neural network

Astronomen kennen mehr als 4 000 Exoplaneten. Das sind Himmelskörper, die um einen anderen Stern als die Sonne kreisen. Allerdings konnte bei keinem davon bislang ein dazugehöriger Mond sicher nachgewiesen werden, obwohl es einige mögliche Kandidaten gibt. Lukas Weghs schrieb ein selbstlernendes Programm für einen Hochleistungsrechner, das hilft, mögliche Exomonde zu identifizieren. Das geschieht mittels der Transitmethode, mit der auch Exoplaneten detektiert werden: Sobald ein Himmelskörper aus Sicht der Erde vor einem Stern vorbeizieht, senkt er dessen Helligkeit minimal nach einem definierten Muster. Ein vorhandener Exomond würde dieses Muster noch etwas mehr verändern. So helfen die Algorithmen des Jungforschers, astronomische Helligkeitsmessungen nach Spuren von Exomonden zu durchsuchen.

Untersuchung des astronomischen Seeings durch Aperturfotometrie von Strichspuren

Untersuchung des astronomischen Seeings durch Aperturfotometrie von Strichspuren

Fotografiert man Sterne in Langzeitaufnahme, ohne die Kamera astronomisch nachzuführen, hinterlassen die Himmelskörper auf dem Bild Strichspuren. Da diese den zeitlichen Verlauf der sichtbaren Helligkeit des betreffenden Sterns widerspiegeln, lässt sich anhand der Spur für jeden Zeitpunkt das sogenannte Seeing, also das Maß der Bildunschärfe durch Luftunruhe, ermitteln. Ole Benstem analysierte entsprechende Himmelsaufnahmen mit einer selbst entwickelten Software. Auf Basis seiner Daten lassen sich Sternfotos digital korrigieren, indem die für jeden Aufnahmezeitpunkt bekannten Störungen durch die Erdatmosphäre passgenau herausgefiltert werden können. Damit lassen sich Helligkeit und Position von Himmelskörpern trotz der unruhigen Lufthülle der Erde noch präziser bestimmen.

Ob etwa die Knochen ausgestorbener Tiere ausgegraben oder Sonne, Mond und Sterne beobachtet werden, die Erdschichtung in einem Bergwerk, die Bodenstruktur, die räumliche Nutzung einer Region untersucht oder das Wetter analysiert wird

Diese und ähnliche Arbeiten sind im Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften genau richtig. Wer Landschaftsstrukturen erkunden, Versteinerungen freilegen oder fossile Tier und Pflanzenarten rekonstruieren will, meldet sein Projekt ebenfalls in diesem Fachgebiet an.

Disziplinen im Fachgebiet Geo- und Raumwissen- schaften sind vor allem

  • Astronomie
  • Astrophysik
  • Weltraumforschung
  • Geowissenschaften
  • Geographie
  • Ozeanographie

Da die Geo- und Raumwissenschaften grundsätzlich interdisziplinär sind, ist es besonders wichtig darauf zu achten, dass der Schwerpunkt der Forschungsarbeit einen Bezug zum System Erde/Weltraum enthält.

Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften?

Rein sozialwissenschaftliche oder sozialgeschichtliche Untersuchungen sind nicht zum Wettbewerb zugelassen.

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