MPE Jahresbericht 2003 / MPE Annual Report 2003

Aufgaben und Arbeitsweise des Instituts /
Research Areas and Institute Structure

Das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) befasst sich mit Themen der Astrophysik und Plasmaphysik, die sich fünf großen Bereichen zuordnen lassen:
  • Physik des Sonnensystems
  • Lebenszyklen der Sterne und Interstellares Medium
  • Galaxien und Galaxienkerne
  • Großräumige Strukturen und Kosmologie
  • Physik komplexer Plasmen.
     
Research at the Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) addresses topics of astrophysics and plasma physics, which can be divided into five key areas:
  • Physics of the Solar System
  • Life cycle of stars and interstellar medium
  • Galaxies and galactic nuclei
  • Largescale structure and cosmology
  • Physics of complex plasmas.

Methodisch lassen sich die Forschungsaktivitäten des MPE in mehrere Bereiche einteilen. Der erste Bereich beschäftigt sich mit Teilchen und elektromagnetischen Feldern, sowie ihren Wechselwirkungen im erdnahen Raum, d.h. in der Ionosphäre, Magnetosphäre und im Sonnenwind. Dabei werden diagnostische "insitu"-Messungen durchgeführt. In den astrophysikalischen Forschungsbereichen wird die Strahlung entfernter Objekte mit Teleskopen in den Millimeter/Sub-millimeter-, Infrarot-, Optischen-, Röntgen- und Gamma-spektralbereichen gemessen. Der hierbei überdeckte Teil des elektromagnetischen Spektrums umfasst mehr als zwölf Dekaden. Die untersuchten Objekte reichen von Kometen bis zu den fernsten Quasaren, von den winzigen Neutronensternen bis zu Galaxienhaufen, den größten Formationen im Kosmos. Viele unserer Experimente müssen notwendigerweise oberhalb der dichten, absorbierenden Erdatmosphäre mit Raketen, Satelliten und Raumsonden durchgeführt werden. In zunehmendem Maße setzen wir aber vor allem im Infrarotbereich auch Instrumente an erdgebundenen oder flugzeuggetragenen Teleskopen ein. Ergänzt werden unsere Untersuchungen durch Experimente im Labor.

From a technological point of view, research at the MPE can be divided into a number of key areas. The first area concerns particles and electromagnetic fields, in particular their mutual interactions in near-Earth space, that is in the ionosphere, magnetosphere and the solar wind, by means of insitu measurements. The astrophysical research focuses on millimetre/submillimetre-, infrared-, optical-, X-ray-, and gamma-ray- measurements of the radiation from distant objects in the Universe. These wavelength bands span more than twelve decades of the electromagnetic spectrum. The astrophysical objects studied by us range from comets to the most distant quasars, from the tiny neutron stars to clusters of galaxies as the largest physical formations in the Universe. Many of our experiments require telescopes and detectors launched into space by rockets, satellites, and space probes in order to "escape" from the atmospheric absorption which prevents such measurements from the ground. However, increasingly, we also use groundbased or aircraftborne telescopes, primarily in the infrared wavelength regime. Our investigations are complemented by laboratory experiments.

Die Theoriegruppe und die Interpretative Astronomiegruppe des Instituts beteiligen sich gruppenübergreifend an der Interpretation der Beobachtungen und Messungen. Die direkte Wechselwirkung von Beobachtern, Experimentatoren und Theoretikern im Hause verstärkt die Zusammenarbeit und führt oft im direkten Wechselspiel von Hypothesen und neuen Beobachtungen zu einer frühen Erkennung vielversprechender neuer Forschungsrichtungen.

The theoretical group and the interpretative Astronomy group of the institute conduct analytical, numerical and observationrelated interpretational research. These groups address topics that cover all experimental research areas. The direct interaction of theoreticians, observers and experimenters provides an important synergetic boost for our research. The mutual interaction also stimulates new directions of research.

Für die jüngste Forschungsrichtung "Komplexe Plasmen", die im Institut im Anschluss an die Entdeckung neuer Plasmazustände (Plasmakristall) als Laboraktivität entstanden ist, sind Experimente in der Schwerelosigkeit von wachsender Bedeutung. Das erste naturwissenschaftliche Experiment auf der Internationalen Raumstation (ISS), das Plasma-Kristall-Experiment (PKE) unseres Instituts, wurde in Kooperation mit dem russischen Akademieinstitut "IHED" in 2001 in Betrieb genommen. Diese Aktivitäten werden im gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) gegründeten "Centre for Interdisciplinary Plasma Science" durchgeführt.

The youngest field of research "Complex Plasmas" is being developed at the MPE as a new laboratory activity, following the discovery of "plasma crystals". For some of these activities microgravity is very important. The first natural science experiment on the International Space Station (ISS) is the PlasmaKristallExperiment (PKE), which was installed and started operating in 2001. It is a cooperation project with the Russian academy-institute IHED. These activities are conducted within the "Centre of Interdisciplinary Plasma Science", a joint initiative between the MPE and the Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP).

Struktur und Ausstattung des Instituts dienen dem Ziel, mit im Hause entwickelten Instrumenten experimentelle Astrophysik und Plasmaphysik an vorderster Front zu betreiben. Deshalb werden Detektoren, Spektrometer und Kameras, aber auch Teleskope, komplett integrierte Nutzlasten (wie im Fall von ROSAT, dem PlasmaKristallExperiment und in Zukunft z.B. ROSITA, PACS und Herschel) oder gar ganze Satelliten (AMPTE-IRM und EQUATOR-S) gebaut. Aus diesem Grunde sind unsere Ingenieurs und Werkstattbereiche und ihre enge Ankopplung an die wissenschaftlichen Aktivitäten von besonderer Bedeutung. Das Institut ist zu einer naturgemäß sehr datenintensiven Forschungsstätte geworden. Ein gruppenübergreifender Datenverarbeitungsausschuss führt die Computerhardware und SoftwareKoordination durch.

The evolution of organisational structures within our institute has always been "science driven", with the goal of carrying out state-of-the-art experimental astrophysics and plasma physics research with advanced, inhouse developed instrumentation. This includes detectors, spectrometers, and cameras, as well as telescopes and complete payloads (e.g. for ROSAT, the Plasma-Kristall-Experiment and in future ROSITA, PACS and Herschel) or even entire satellites (AMPTE-IRM and EQUATOR-S). For this purpose our technical and engineering branches play a key role, working in close liaison with individual research groups. 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.

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 HalbleiterLabor auf dem Siemensforschungsgelände in MünchenNeuperlach.

Other key facilities of the institute are the Xray test facility (PANTER) located in Neuried near München and a semiconductor laboratory as a collaborative enterprise between MPE and the Max-Planck-Institut für Physik in München on the Siemens campus in München-Neuperlach.

Die wissenschaftliche Arbeit findet in vier großen Arbeitsbereichen statt, die von je einem der Direktoren betreut werden: (1) Optische und Interpretative Astronomie, (2) Infrarot und Submillimeter/MillimeterAstronomie, (3) Röntgen und Gamma-Astronomie und (4) Theorie und komplexe Plasmen. Eine kleine Gruppe beschäftigt sich mit der insitu Weltraum-Plasmaphysik. Innerhalb dieser Bereiche leiten Wissenschaftler weitgehend eigenverantwortlich die Planung und Durchführung der etwa vierzig einzelnen 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 das benachbarte Max-Planck-Institut für Astrophysik.

The scientific activities are organised into four major research fields, each of which is supervised by one of the directors: (1) Optical and Interpretative Astronomy, (2) infrared and submillimetre/millimetre astronomy, (3) X-ray and gamma-ray astronomy, and (4) theory and complex plasmas. A small group carries out research in space plasma physics. Within these fields, different scientists supervise individual experiments and research projects. Currently there are about forty independent project teams. Accordingly, the institute's budget is divided amongst these project teams, as well as the service groups, leading to a significant independence of action and a broad sharing of financial and management responsibility. An administration and technical services team supports our institute as well as the neighbouring Max-Planck-Institut für Astrophysik.

Wissenstransfer der Forschungsergebnisse findet im wesentlichen in zwei Bereichen statt: aus der Theorie, dem Bereich "Analyse komplexer Systeme", geht er in anwendungsnahe Forschungsgebiete der Medizin, der Ingenieurwissenschaften und in den Pharmabereich. Aus dem Halbleiterlabor stammen Röntgendetektoren, die in anderen Forschungsinstituten und der Industrie Anwendung finden.

Know-how transfer from our research into applications is particularly important in two research areas at MPE. The theory division transfers know-how in the area of "analysis of complex systems" into applications in medicine, engineering and pharmacology. The semiconductor laboratory produces X-ray detectors that are applied in other research institutes and in industry.

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. Die anspruchsvollen technologischen Anforderungen unserer Experimente führen oftmals auch zum Technologietransfer in die Industrie. Zusätzlich zur Grundfinanzierung durch die Max-Planck-Gesellschaft wird unsere Arbeit in erheblichem Maße getragen von der Projektfinanzierung staatlicher Organe, wie dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), dem Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR), der ESA, ESO und der Europäischen Gemeinschaft, sowie teilweise von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Humboldt Gesellschaft und der Dr. Johannes Heidenhain-Stiftung.

The implementation of most experimental projects cannot be envisaged without close cooperation with industry. Our success record in experimental astrophysics and space research demonstrates the efficiency of such cooperations, primarily with space industry and 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, international organisations such as ESA and ESO as well as the European Community, with additional financial contributions from the German Science Foundation (DFG), the Humboldt Society and the Dr. Johannes Heidenhain-Foundation.

Da unsere Experimente gewöhnlich mit sehr hohem technischem und finanziellem 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 ESA und NASA, aber auch den entsprechenden Institutionen anderer Länder erwähnt werden, insbesondere Russland im Zusammenhang mit unseren Forschungen auf der Internationalen Raumstation.

Since our experiments quite commonly demand major technical and financial resources, they are very often carried out as cooperative projects together with research institutes and universities within and outside of Germany. In this context we have to mention the close interaction and communication with ESA and NASA, as well as the corresponding organizations of other countries, in particular Russia, in the context of our research activities on the International Space Station.

Neben der Forschung nimmt unser Institut auch universitäre Ausbildungsaufgaben wahr. MPE-Wissenschaftler sind als Hochschullehrer an mehreren Universitäten tätig und betreuen zahlreiche Diplom- und Doktorarbeiten, hauptsächlich aus beiden Münchner Universitäten. Darüber hinaus veranstalten wir spezielle Seminare und Symposien zu unseren und angrenzenden Forschungsgebieten, häufig in Zusammenarbeit mit Universitätsinstituten. Von der "International Max-Planck Research School on Astrophysics" an der Ludwig-Maximilians-Universität München, erwarten wir eine weitere Intensivierung der Doktorandenausbildung im Raum Garching/München. Der Anfang seit dem Jahre 2001 ist jedenfalls sehr vielversprechend verlaufen.

Apart from scientific research, our institute is actively engaged in university education: MPE researchers teach at several universities and supervise student research (Diploma, Ph.D.), mainly at both Munich universities. In addition, seminars, workshops and conferences are held by the institute in our own and adjacent research fields, often in cooperation with the universities. With the commencement of the "International Max-Planck Research School on Astrophysics" at the Ludwig-Maximilians-Universität München, we expect to further build up the doctoral programs in the Garching/München area. Certainly the beginning since 2001 is very promising.

 

 

 

 

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