In voller Schärfe: KI-Methode revolutioniert Beobachtung der Sonne

Astrophysikerin Astrid Veronig und Doktorand Christoph Schirninger können die Sonne mit Hilfe von KI die Sonne noch genauer beobachten. Foto: Uni Graz/Schweiger

Die Sonne macht Leben auf der Erde möglich. Ihre Magnetfelder können es aber auch massiv stören. Umso wichtiger ist es, die Vorgänge auf unserem nächsten Stern besser zu erkennen. Das ist einem Forschungsteam der Universität Graz und des High Altitude Observatory in Boulder (USA) gelungen. Die Astrophysiker:innen haben eine KI-gestützte Methode entwickelt, die auch kleinste Strukturen auf der Sonne sichtbar macht. Die Wissenschaftler:innen sind überzeugt, dass sich damit die Sonnenbeobachtung nachhaltig verändert und das neue Verfahren für das geplante European Solar Telescope eingesetzt werden kann.

Das Daniel K. Inouye Solar Telescope auf Hawaii ist gegenwärtig das weltweit größte Sonnenteleskop und liefert spektakuläre, hochauflösende Aufnahmen der Sonne. „Diese Bilder geben uns Einblick in die dynamischen Prozesse des Sonnenplasmas und Magnetfeldes“, schildert Astrid Veronig, Astrophysikerin und Leiterin der Forschungsgruppe an der Uni Graz. „Die Erdatmosphäre stellt jedoch eine Herausforderung dar, da sie die Bildqualität durch Turbulenzen erheblich beeinträchtigt. Dadurch erscheinen feine Details auf der Sonnenoberfläche oft unscharf oder sogar unkenntlich. Selbst adaptive Optik und traditionelle Rekonstruktionsverfahren können diese kleinskaligen Strukturen nicht in voller Schärfe abbilden.“

Diese Aufgabe hat nun das internationale Team mit Hilfe künstlicher Intelligenz gelöst. Die Methode verbindet physikalisches Expertenwissen mit der Leistungsfähigkeit des maschinellen Lernens. „Unsere KI ist nicht einfach eine Blackbox“, betont Astrid Veronig. „Sie nutzt physikalische Modelle und Gleichungen, wie Licht und Atmosphäre wechselwirken, und kann so die Bildinformationen und die atmosphärischen Störungen voneinander trennen und rekonstruieren.“

Kleinste Strukturen sichtbar

Christoph Schirninger, Doktorand an der Uni Graz und Erstautor der Studie, testete das Verfahren zuerst mit Simulationsdaten. Anschließend kam die Methode bei echten Beobachtungsdaten zum Einsatz – mit durchschlagendem Erfolg. „Kleinste Strukturen, die zuvor verborgen waren, konnten so sichtbar gemacht werden“, beschreibt Schirninger.
„Physik-informierte neuronale Netzwerke öffnen völlig neue Perspektiven für die Erforschung der Sonne. Langfristig kann diese Technologie die Bildrekonstruktion kommender Großteleskope revolutionieren“, ergänzt Robert Jarolim, Forscher und NASA Jack Eddy Fellow am High Altitude Observatory in Boulder.

⇒ Die Studie wurde im Fachjournal Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Aufnahmen der Sonne mit der neuen KI-Methode

Links: Aufnahme der Sonne vom Observatorium Kanzelhöhe der Universität Graz.
Mitte und rechts: Hochaufgelöste Aufnahmen eines kleinen Sonnenausschnitts vom Daniel K. Inouye Solar Telescope auf Hawaii, die mit der neu entwickelten Methode rekonstruiert wurden. Feinste Details auf der Sonnenoberfläche konnten sichtbar gemacht werden. Foto: Uni Graz/Schirninger

Andreas Schweiger

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