Planetarische Nebel in 3D, aber bitte hochauflösend!

  • 20. July 2012

Interaktive Weltraumansichten für Planetarien und Forschung.

Forscher der Universität Stuttgart und der Technischen Universität Braunschweig haben gemeinsam ein neues Programm entwickelt, das aus einer Teleskopaufnahme eines planetarischen Nebels ein interaktives 3D-Modell rekonstruiert. Deren Auflösung kann damit gegenüber bisherigen Verfahren bedeutend gesteigert und die Qualität enorm verbessert werden. Die erzeugten Bilder wurden nun in den Katalog einer Firma für Planetarien-Technologie aufgenommen und können schon bald in Sterntheatern aller Welt bewundert werden.

Planetarische Nebel können demnächst in Planetarien von verschiedenen Seiten betrachtet werden, wie hier der Schmetterlingsnebel M2-9 im Planetarium der Fachhochschule Flensburg

Abb.: Planetarische Nebel können demnächst in Planetarien von verschiedenen Seiten betrachtet werden, wie hier der Schmetterlingsnebel M2-9 im Planetarium der Fachhochschule Flensburg. (Bild: U. Stuttgart / U. Braunschweig / FH Flensburg)

Ein Sternenleben dauert mitunter mehrere Milliarden Jahre. Sterne, die der Größe unserer Sonne entsprechen, stoßen danach eine Hülle aus Gas und Plasma ab. Es bilden sich farbenprächtige, formschöne, teils leuchtende Wolken – sogenannte planetarische Nebel. Ihr faszinierendes Aussehen macht sie für Astronomen sowie für ein breites Publikum interessant, gern werden sie in Planetarien und Dokumentationen präsentiert.

Fotos dieser astronomischen Phänomene stammen von Hochleistungsteleskopen. Aufgrund der immensen Entfernungen der Nebel zur Erde erlauben diese jedoch nur das Betrachten aus einer einzigen Perspektive. Um mehr über ihre räumliche Gestalt und Struktur zu erfahren, sind dreidimensionale Modelle nötig.

Ein Forscherteam der TU Braunschweig entwickelte vor drei Jahren einen Algorithmus, der aus einem einzelnen Teleskopbild ein 3D-Modell rekonstruiert. Sie nutzten die optischen und symmetrischen Eigenschaften der Nebel, um fehlende Informationen aus anderen Perspektiven zu ersetzen. Mit anderen Worten: durch eine virtuelle Computer-Tomographie erzeugten sie ein interaktives Objekt. Da astronomische Nebel nicht exakt spiegelgleich sind, passten sie  anschließend Details entsprechend der Fotos an. „Mit der Methode konnten erstmals wissenschaftlich fundierte 3D-Bilder erstellt werden, allerdings waren sie hinsichtlich ihrer Größe und Qualität noch nicht geeignet für großflächige Abbildungen“, erklärt Marcus Magnor vom Braunschweiger Institut für Computergraphik.

In Kooperation mit der Universität Stuttgart entstand jetzt ein neues Verfahren, das die Darstellung und Auflösung der rekonstruierten Nebel enorm verbessert. Daniel Weiskopf, Professor am Visualisierungsinstitut, ist zufrieden mit dem Ergebnis: „Die Auflösung der 3D-Modelle konnte substanziell gesteigert werden und erreicht damit nahezu die Qualität der zu Grunde liegenden Teleskopbilder.“ Die Berechnung erfordert parallele Bilderzeugung und Rekonstruktion auf einem Cluster-Computer, wie er an dem Stuttgarter Institut zur Verfügung steht. Etwa zwölf Stunden benötigt dieser, um einen einzelnen Nebel hochauflösend zu rekonstruieren.

Einer Präsentation in modernen digitalen Planetarien steht nun nichts mehr im Wege. Das Planetarium Flensburg wurde auf die Weiterentwicklung aufmerksam und äußerte reges Interesse. Inzwischen integriert Evans & Sutherland, eine amerikanische Herstellerfirma für Planetarien-Technik, die dreidimensionalen Nebel in ihre Software. Damit sind sie demnächst für Planetarien weltweit verfügbar. Auch Astronomen bietet die Weiterentwicklung bessere Einblicke. Die hochauflösenden Weltraumansichten ermöglichen neue Erkenntnisse bei der Untersuchung dieser interessanten Objekte unseres Universums.

U. Stuttgart / OD

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