Physik Journal 10 / 2026

Das gravitative Zweikörperproblem ist so alt wie die Physik als exakte Wissenschaft selbst: Newton formulierte die Bewegungsgleichungen zweier Massen unter dem Einfluss seines Gravitationsgesetzes und löste sie in den Principia mithilfe der neu entwickelten Analysis exakt. Damit gelang es ihm, die empirisch gewonnenen Keplerschen Gesetze herzuleiten, nach denen sich Himmelskörper auf Kegelschnitten bewegen. Entweder liegt der gebundene Fall mit elliptischen Bahnen vor (die Planetenbahnen) oder aber der ungebundene Streuungsfall mit hyperbolischen Bahnen, wie sie sich bei der Passage interstellarer Objekte durch unser Sonnensystem zeigen.
Wie wir heute wissen, ist die Newtonsche Dynamik lediglich eine Näherung für kleine (nichtrelativistische) Geschwindigkeiten und schwache Gravitationsfelder. Die exakte Formulierung folgt aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie (ART) und ist ungleich komplizierter: In der Regel ist sie nicht mehr exakt lösbar. Die Körper bewegen sich nicht in einem festen ­Potential, sondern in einer Raumzeitgeometrie, die sie selbst erzeugen. Daher hat man es mit einem gekoppelten System nichtlinearer gewöhnlicher und partieller Differentialgleichungen zu tun, welche die Trajektorie des Körpers und des Gravitationsfeldes beschreiben. In der ART strahlen hierbei beschleunigte Massen Gravitationswellen ab, die selbst Energie und Impuls tragen. Das Zweikörpersystem verliert somit Energie in Form von Gravitationsstrahlung und ist nicht mehr konservativ, in Analogie zur Elektrodynamik, wo beschleunigte Ladungen elektromagnetische Strahlung emittieren. Bei der Gravitation erweist sich diese Strahlungsdynamik jedoch aufgrund der nichtlinearen Feldgleichungen als deutlich anspruchsvoller. (...)

Die Weltbevölkerung wächst, während die nutzbaren Ackerflächen schrumpfen und Wetterextreme zunehmen. Gleichzeitig erfordern Klima- und Umweltschutz einen drastisch reduzierten Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln. Diese scheinbar widersprüchlichen Anforderungen kann nur die bislang unerreichte Präzisionssteigerung einer quadratmetergenauen Bewirtschaftung lösen. Sie bezieht jede zusammenhängende, einheitlich bewirtschaftete Ackerfläche eines Betriebs ein und passt sich dynamisch an Boden, Klima und den aktuellen Zustand der Kulturen an. Genau hier setzen die Konzepte des Smart Farming und des Precision Farming an [1 – 3].

Im Vordergrund stehen drei treibende Kräfte (Abb. 1). Der Klimawandel erzwingt angepasste Sorten und Anbauverfahren, während der Verlust der Biodiversität eng mit der klassischen Pflanzenschutzpraxis verknüpft ist. Darüber hinaus weiß die Landwirtschaft inzwischen um globale Abhängigkeiten bei Düngemitteln, fossilen Treibstoffen und Agrarrohstoffen. Optimierte Prozesse und Maschinen steigern die Effizienz und wirken sich nachhaltig aus. Die Optimierung beruht vor allem auf Daten, benötigt aber auch Sensorik, Plattformen und Auswerte-Algorithmen, die unter realen Bedingungen funktionieren müssen.

Im Umland von Osnabrück gibt es ein weltweit einmaliges Ballungszentrum von Landtechnikunternehmen. Im Zentrum dieses Agrotech Valley stehen neben den Unternehmen auch Forschungseinrichtungen wie die Hochschule und die Universität Osnabrück, das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz sowie der Verein Agrotech Valley Forum e. V. mit einem Anwendungsfokus auf innovative Landtechnik. Vor Ort haben sie ein gemeinsames Portfolio aufgebaut und arbeiten in zahlreichen Projekten an Smart-Agriculture-Technologien.
Seit Ende der 2000er-Jahre gibt es den autonomen Feldroboter BoniRob [4]. Dieser Klassiker der Agrarrobotik nutzte zur individuellen Pflanzenphänotypisierung multispektrale Kameras, 3D-Time-of-Flight-Sensoren und ein modulares Werkzeugkonzept. Inzwischen ist an seine Stelle ein breites Portfolio von Maschinen getreten, die sich vor allem in ihrer Größe und Leistungsklasse unterscheiden: von hochautomatisierten Traktoren als Generalisten bis zu kleinen Systemen für Nischenanwendungen. (...)

Dynaverse ist eine Kooperation zwischen der Universität zu Köln, der Universität Bonn, dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie und weiteren Institutionen (Infokasten). Die beiden Universitäten arbeiten in der Astronomie bereits seit vielen Jahren eng zusammen, unter anderem im Rahmen von Sonderforschungsbereichen. Zu den gemeinsamen Projekten zählen zudem der Bau und Betrieb des Fred Young Submillimeter Telescope in Chile zusammen mit internationalen Partnern.

Die Forschung im ­Cluster fokussiert sich auf drei „Astro­physical Research Challenges“. Die erste beschäftigt sich mit der Zeitraffer-Astronomie, also mit Phänomenen im Universum, die auf so langen Zeitskalen stattfinden, dass sie sich nicht in Echtzeit verfolgen lassen. Dazu gehören die Galaxienentwicklung sowie die Stern- und Planeten­entstehung und der damit verbundene Transport von Staub und Gas über viele Skalen hinweg.

In der Zweiten geht es um die Zeitlupen-Astronomie, die sich auf kurzzeitige, also transiente Ereignisse wie Supernovae, Radioblitze oder die Verschmelzung von Schwarzen Löchern konzentriert. Diese meist sehr energie­reichen Phänomene können ganze Galaxien beeinflussen, was ­eine Verbindung zur ersten Research ­Challenge herstellt. Um Wechselwirkungen zwischen transienten Ereignissen und den Entwicklungen auf langen Zeitskalen genau zu verstehen, sind neben detaillierteren Beobachtungen auch umfangreiche ­Simulationen not­wendig, welche die unterschiedlichen Skalen miteinander koppeln.

Die dritte Research Challenge zielt auf „Cosmic Twists“ ab, also Wendepunkte in der Evolution des Kosmos, die einmalig auftreten und das gesamte Universum für immer verändern. Dazu zählen die kosmische Inflation, also die exponentielle Expansion des Universums direkt nach dem Urknall, die Phase der Reionisation kurz nach der Entstehung der ersten Sterne und Galaxien und der Zeitpunkt, seit dem die Dunkle Energie über die sichtbare und Dunkle Materie dominiert. (...)