Jahresbericht 1998 / Annual Report 1998

MPE Jahresbericht 1998 - Einleitung
MPE Annual Report 1998 - Introduction

Aufgaben und arbeitsweise des Instituts

Research Areas and institute structures

 

 

Das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) befaßt sich mit Themen der Astrophysik und Weltraumplasmaphysik, wobei überwiegend experimentelle, aber auch theoretische Methoden angewandt werden. Seinen Namen hat es einerseits vom Gegenstand der Forschung, nämlich der Physik des Weltraums, andererseits von der Forschungsmethode: viele unserer Experimente müssen notwendigerweise oberhalb der dichten absorbierenden Erdatmosphäre mit Flugzeugen, Raketen, Satelliten und Raumsonden durchgeführt werden. Früher wurden die Experimente auch mit Ballonen in die obere Atmosphäre gebracht, um astronomische Beobachtungen durchführen zu können. In zunehmendem Maße setzen wir aber vor allem im Infrarotbereich auch Instrumente an erdgebundenen Teleskopen ein. Ergänzt werden unsere Untersuchungen durch Experimente im Labor. Die theoretischen Arbeiten erstrecken sich von datenbezogenen Anwendungen und Untersuchungen fundamentaler physikalischer Prozesse bis zur Entwicklung von neuen Methoden. Dabei zeigt sich, daß manche Methode sich auch auf andere Forschungsgebiete und Anwendungen übertragen läßt.

Research at the Max-Planck-Institut für extrater-restrische Physik (MPE) addresses topics of astrophysics and space plasma physics, focussing on experimental techniques, yet including also theoretical studies. The institute's name refers to its principal research topic (i.e. extraterrestrial space and astrophysics), but also indicates that many measurements by necessity have to be carried out above the dense absorbing Earth's atmosphere. Many experiments comprise telescopes and detectors launched into space by rockets, aboard satellites, and on high-altitude aircraft. In the early days, the experiments were also flown by balloons to the top of the atmosphere. Primarily in the infrared, we also use ground-based telescopes. The theoretical studies deal with data-based analyses, investigations of fundamental physical processes, and the development of new methods. Some of them turn out to be transferable to other areas of research and application.

Die Hauptforschungsgebiete des MPE lassen sich in mehrere Bereiche einteilen. Der erste Bereich beschäftigt sich mit Teilchen und elektromagnetischen Feldern sowie ihren Wechselwirkungen im erdnahen Raum. Einerseits werden rein diagnostische in-situ-Messungen durchgeführt, andererseits war in der Vergangenheit in aktiven Experimenten kurzfristig das natürliche Plasma verändert und untersucht worden. In den astrophysikalischen Forschungsbereichen wird die Strahlung entfernter Objekte in den Millimeter/Sub-Millimeter-, Infrarot-, Röntgen- und Gammaspektralbereichen gemessen. Der hierbei überdeckte Teil des elektromagnetischen Spektrums umfaßt mehr als zwölf Dekaden. Astrophysikalische Fragestellungen reichen von der Physik der Sterne einschließlich ihrer Entstehung und ihrer Endstadien, der Physik und Chemie der interstellaren Materie bis zu extragalaktischer Astrophysik und Kosmologie. Die Theoriegruppe des Instituts arbeitet gruppenübergreifend an einer Reihe der gerade genannten Fragen. Die direkte Wechselwirkung von Beobachtern, Experimentatoren und Theoretikern im Hause verstärkt die Zusammenarbeit, bewirkt eine verbesserte Abstimmung der Aktivitäten und führt oft im direkten Wechselspiel von Hypothesen und neuen Beobachtungen zu einer frühen Erkennung vielversprechender neuer Forschungsrichtungen. Bei den Laboruntersuchungen werden hochangeregte Energiezustände bei astrophysikalisch wichtigen Molekülen mittels laser-spektroskopischer Methoden im Vakuum-UV bestimmt.

Research at the MPE can be divided into a number of key areas. The first area addresses particles and electromagnetic fields with their mutual interactions in near-Earth space. Diagnostic in situ measurements were complemented in the past by active experiments creating and studying local plasma modifications. The astrophysical research focuses on millimeter/submillimeter-, infrared-, X-ray-, and g-ray measurements of the radiation from distant objects in the Universe. These bands span more than twelve decades of the electromagnetic spectrum. Astrophysical research topics range from the physics of stellar atmospheres, stellar formation, and the physics and chemistry of interstellar matter to extragalactic astrophysics and cosmology. The theoretical group of the institute addresses topics across all experimental research areas. The interaction of theoreticians, observers and experimenters provides an important synergetic boost for our research. The mutual interaction also stimulates new directions of research. Astrophysical laboratory work at our institute aims at determining energy levels of astrophysically relevant molecules at high excitation energies using laser spectroscopy in the vacuum-ultraviolet.

Die Strukturentwicklung des Instituts ist vor allem vom Wunsch geprägt worden, mit im Hause entwickelten Instrumenten experimentelle Astrophysik an technisch vorderster Front zu betreiben. Dazu gehören sowohl die einzelnen Detektoren, Spektrometer und Kameras, als auch Teleskope, komplette integrierte Nutzlasten (wie im Fall von ROSAT und neuerdings ABRIXAS) oder gar ganze Satelliten (AMPTE-IRM und EQUATOR-S) Aus diesem Grunde ist unser Ingenieurs- und Werkstattbereich von besonderer Wichtigkeit für die enge Kopplung von wissenschaftlichen und technischen Aspekten.

The evolution of organisational structures within our institute was driven by the goal of carrying out state-of-the-art experimental astrophysics with advanced, in-house developed instrumentation. This includes detectors, spectrometers, and cameras as well as telescopes and complete payloads (e. g. for ROSAT and ABRI-XAS) or even entire satellites (AMPTE-IRM and EQUATOR-S). For this purpose our technical and engineering branches play a key role, being intimately coupled to the individual research groups.

Weitere technologisch bedeutende Bereiche des Instituts sind eine große Röntgentestanlage (PANTER) in Neuried bei München und das zusammen mit dem Max-Planck-Institut für Physik betriebene Halbleiter-Labor in München-Pasing. Dieses wird durch Sonderzuwendungen der Max-Planck-Gesellchaft (MPG) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR, finanziert. Das Instituts hat sich zu einer naturgemäß sehr datenintensiven Forschungsstätte gewandelt. Ein gruppenübergreifender Datenverarbeitungsausschuß führt die Computerhardware- und Software-Koordination durch.

Other key facilities of the institute are the X-ray test facility (PANTER) located in Neuried near München, and a semiconductor laboratory in München-Pasing as a collaborative enterprise between MPE and the Max-Planck-Institut für Physik in München, with special financial support from the Max-Planck-Gesellschaft and the German Aerospace Center, DLR. Over the years, the institute's emphasis has naturally shifted towards research based on analysis of large amounts of primary data. For coordination of computer hardware and software activities a data-analysis committee has been established with representatives from all branches.

Die wissenschaftliche Arbeit findet in vier großen Arbeitsbereichen statt, die von je einem der Direktoren betreut werden: (1) Plasmaphysik und hochenergetische Teilchen, (2) Infrarot- und Submillimeter/Millimeter-Astronomie sowie Laborastrophysik, (3) Röntgen- und Gamma-Astronomie und (4) Theorie, wobei von dieser Gruppe auch die experimentelle Untersuchung kolloidaler Plasmen betrieben wird. Innerhalb dieser Bereiche leiten Wissenschaftler weitgehend eigenverantwortlich die Planung und Durchführung der einzelnen, etwa vierzig Experimente und wissenschaftlichen Projekte. Dementsprechend ist der Institutshaushalt auch auf diese Projekt-Gruppen und auf die zentralen Service-Bereiche aufgeteilt. Die Verwaltung und Haustechnik des MPE betreuen neben unserem Institut auch unser Nachbarinstitut, das Max-Planck-Institut für Astrophysik.

The scientific research is organised in four major research departments that are each supervised by one of the directors: (1) plasma physics and energetic particles, (2) infrared- and sub-millimeter/millimeter astronomy as well as laboratory astrophysics, (3) X-ray and gamma-ray astronomy, and (4) theory, whereby this group also engages in experimental investigations of colloidal plasmas. Within these departments scientists lead individual experiments and research projects organised in about forty independent project teams. Accordingly, the institute's budget is divided among those project teams, as well as the common service groups. The institute's administration and technical services support our institute as well as the neighbouring Max-Planck-Institut für Astrophysik.

Gemeinsam mit der Foundation for Research and Technology (FO.R.T.H.) in Griechenland und der Universität von Kreta in Heraklion betreibt das MPE ein astronomisches Observatorium auf dem Skinakas (1750 m) im Ida Gebirge. Das größte Instrument ist ein 1.3 m-Spiegel. Seit 1998 ist das Institut auch an einem Sonnenobservatorium in El Leoncito (2370 m) in Argentinien beteiligt.

Together with the Foundation for Research and Technology (FO.R.T.H.) in Greece and the University of Crete in Heraklion, the MPE operates an astronomical observatory on the Mount Skinakas (1750 m). The largest instrument is a 1.3 m mirror. As of 1998, the institute has a share in a solar observatory at El Leoncito (2370 m) in Argentina.

Die Theoriegruppe am MPE ist sehr aktiv im Wissens-transfer der Forschungsergebnisse aus dem Bereich "Analyse komplexer Systeme". Dieser Wissenstransfer geht in anwendungsnahe Forschungsgebiete der Medizin (Frühdiagnose von Hautkrebs, Tumoren, pränatale Überwachung), der Ingenieurwissenschaften (Fertigungswissenschaften und Qualitätskontrolle) und dem Pharmabereich (Prüfung und Medikamentenentwicklung).

The MPE theory division is deeply involved in the transfer of know-how in the area of "analysis of complex systems". This transfer extends into applications in medicine (early diagnostics of skin cancer, tumours, prenatal surveillance), engineering (analyses in manufacturing processes and quality control) and pharmacology (testing and drug design).

Die Realisierung der Mehrzahl der Projekte ist nicht ohne eine enge Wechselwirkung mit der Industrie durchführbar. Unsere Erfolge beim Bau von Experimenten zeugen von der effektiven Zusammenarbeit mit leistungsstarken Firmen, im allgemeinen aus der Raumfahrt- bzw. Elektronikindustrie. Oft führen die anspruchsvollen experimentellen Entwicklungen deshalb auch zu einem Technologietransfer in die Industrie. Zusätzlich zur Grundfinanzierung durch die Max-Planck-Gesellchaft wird unsere Arbeit in erheblichem Maße von der Projektfinanzierung staatlicher Organe, wie dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), dem DLR, sowie teilweise von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), getragen. Da unsere Experimente gewöhnlich mit sehr hohem technischen und finanziellen Aufwand verbunden sind, können sie meistens nur in enger Zusammenarbeit mit Forschungsinstituten und Universitäten des In- und Auslandes in gemeinsamen Projekten realisiert werden. Hier muß die intensive und konstruktive Wechselwirkung mit den großen Raumfahrtorganisationen ESA und NASA, aber auch den entsprechenden Institutionen anderer Länder, wie z. B. dem Weltraumforschungsinstitut der Akademie der Wissenschaften in Rußland und dem Centre National dŽEtudes Spatiales (CNES) in Frankreich, genannt werden.

The implementation of most experimental projects cannot be envisaged without a close cooperation with industry. Our success record in experimental astrophysics and space research demonstrates the efficiency of such cooperations, primarily with space industry or electronics companies. The challenging technological requirements of our experiments also often lead to technology transfer to industry. In addition to the institutional support by the Max-Planck-Gesellschaft, our research is supported by government institutions such as the Federal Ministry for Education and Research (BMBF) and DLR, with additional financial contributions from the German Science Foundation (DFG). Since our experiments quite commonly demand major technical and financial resources they are therefore very often carried out as cooperative projects together with research institutes and universities within and outside Germany. In this context we have to mention the close interaction and communication with the main European and US space agencies ESA and NASA, as well as the organizations of other countries, such as the Space Research Institute of Russia and the Centre National dŽEtudes Spatiales (CNES) from France, form the backbone of our space activities.

Neben der eigentlichen Forschung nimmt unser Institut auch universitäre Ausbildungsaufgaben wahr. MPE-Wissenschaftler sind als Hochschullehrer an diversen Universitäten tätig und ermöglichen und betreuen zahlreiche Diplom- und Doktorarbeiten aus beiden Universitäten in München. Darüber hinaus veranstalten wir spezielle Seminare und Symposien zu unseren und angrenzenden Forschunggebieten, häufig in Zusammenarbeit mit Universitätsinstituten,

In addition to scientific research, our institute is actively engaged in university education: MPE researchers teach at several universities, and supervise student research (Diploma, Ph.D.) from both local universities. In addition, seminars, workshops and conferences are held by the institute in our and adjacent research fields, often in cooperation with institutes from universities.

 

Jahresbericht 1998 / Annual Report 1998


HTML version: 1999-07-29; Helmut Steinle