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Dr. Michael von Papen

2. Preis des Jahres 2016 (doppelt vergeben)

„Interdisciplinary applications of geophysical methods: Turbulence at Saturn, groundwater in India, and brain signals in patients with Parkinson's disease“

Institut für Geophysik und Meteorologie, Universität zu Köln

Dr. Michael von PapenDr. Michael von Papen
Copyright: Dr. Michael von Papen

Bereits aus dem Titel der Forschungsarbeiten - „Interdisciplinary applications of geophysical methods: Turbulence at Saturn, groundwater in India, and brain signals in patients with Parkinson's disease“ - wird deutlich, dass der Beitrag in hohem Maße inter- bzw. transdisziplinär ist. Das “verbindende Element” in diesem Beitrag ist die Anwendung geophysikalischer Methoden; diese werden zur Lösung von Fragestellungen aus den Disziplinen der angewandten Geophysik, der Space und Planeten-Physik und der quantitativen Neurologie eingesetzt.

Die praktischen Anwendungsmöglichkeiten geophysikalischer Methoden werden im Rahmen einer Studie demonstriert, die sich mit der Grundwasserqualität landwirtschaftlich genutzter Flächen in Indien beschäftigt. Dabei wurde auf nicht-invasive Weise untersucht, welchen Einfluss eine benachbarte Müllhalde auf die Grundwasserqualität der Flächen hat.

Der Kern des Beitrages beschäftigt sich jedoch mit der Analyse von turbulenten Strömungen im Saturnsystem. Es wird erstmalig beschrieben, dass die Magnetosphäre von Saturn, d.h. die Region um Saturn, die durch das Magnetfeld von Saturn kontrolliert wird, turbulente Fluktuationen enthält. Durch die Auswertung von Messungen der Raumsonde Cassini konnten zahlreiche Eigenschaften der Turbulenz, wie deren Intensität und räumliche Verteilung, charakterisiert werden. Die Bedeutung dieser Untersuchungen liegt auch darin, dass es bisher nur wenige qualitativ unterschiedliche Systeme gibt, in denen Turbulenz im Weltall mittels Raumfahrzeugen untersucht werden kann. Damit steht nun ein neues „Labor“ zur weiteren Untersuchung von Turbulenz in Plasmen des Weltalls zur Verfügung. Zudem wird eine Erklärung dafür geliefert, wie die rätselhaft hohen Temperaturen in der Magnetosphäre zustande kommen können und wie die Turbulenz mit der ebenfalls rätselhaften Variabilität der Rotationsrate von Saturn zusammenhängt.

In einer weiteren Arbeit erweitert Dr. von Papen das Anwendungsspektrum derselben geophysikalischen Methoden, mit denen auch die Saturnmagnetosphäre untersucht wurde, auf neuronale Zeitreihen in der Medizin. Durch die Messung von Gehirnsignalen bei Parkinsonpatienten wird mittels Wavelet-Methoden gezeigt, wie die Aktivität bestimmter neuronaler Cluster in spezifischen Frequenzbereichen von der Medikation beeinflusst wird. Morbus Parkinson ist eine häufige Alterskrankheit, die bei fast 2% der über 80-jährigen Bevölkerung auftritt. Allein in Deutschland gibt es ca. 20.000 Neuerkrankungen pro Jahr. In einer immer älter werdenden Gesellschaft ist daher ein besseres Verständnis der Krankheit von Bedeutung. Es wird gezeigt, dass geophysikalische Methoden einen wichtigen Beitrag zur Identifikation der pathologischen Hirnaktivität des Morbus Parkinson leisten können.


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