HSBI-Studierende vom Campus Minden installieren Wetterstation an der Schulsternwarte Minden-Lübbecke und sammeln Umweltdaten für die Forschung

Minden (hsbi). Mitten auf dem Land steht sie plötzlich da: die Schulsternwarte Minden-Lübbecke. Über das Kuppeldach hinaus ragt ein Mast in den Himmel, daran befestigt mehrere Apparaturen. „Wir beobachten hier nicht nur Sterne“, sagt Prof. Dr.-Ing. Oliver Wetter. „Sondern jetzt auch das Wetter.“ Möglich gemacht haben das Studierende mit ihrem Praxisprojekt Angewandte Wissenschaft (PAW). Oliver Wetter ist Professor für Elektrotechnik und Automatisierung am Campus Minden der Hochschule Bielefeld (HSBI). Zugleich sitzt er im Vorstand des Träger-Vereins der Schulsternwarte Minden-Lübbecke. „Wir wollen vor allem Schülerinnen und Schülern die Begeisterung für Technik und Astronomie vermitteln und den Lehrkräften die Möglichkeit geben, ihren Unterricht praxisnah zu gestalten“, erklärt Wetter die Motivation des Vereins. Seit 2024 steht die Schulsternwarte in der Nähe des Hiller Badesees, fernab städtischer Lichtquellen. „Optimale Bedingungen, um Astronomie hautnah erleben zu können“, so der Professor. „Mit leistungsfähigen Teleskopen lassen sich Beobachtungen machen, die aufgezeichnet und mit spezieller Software ausgewertet werden können.“

Sonne, Mond und Sterne – Wetterdatengewinnung UND All-Sky-Beobachtung

Zu den Daten, die an einer Sternwarte gewonnen werden, sollten möglichst auch Umweltdaten gehören, findet Wetter: „Wenn Temperatur, Wind, Niederschlag und Sonnenstrahlung gemessen werden und noch Bilddaten aus einer All-Sky-Kamera hinzukommen, die Bilder des gesamten Himmels liefert, dann lassen sich auch Sonne und Wolken, Himmelshintergrundhelligkeit und Sternschnuppenströme und auch Polarlichter analysieren und Satelliten identifizieren.“ Allerdings: Die Schulsternwarte verfügte bislang über keine umfassende Wetterstation. Damit hatte Prof. Oliver Wetter das Thema für sein diesjähriges PAW gefunden. Der Titel: „Sonne, Mond und Sterne. Wetterdatengewinnung und All-Sky-Beobachtung an der Sternwarte Minden-Lübbecke“.

PAWs gehören fest zum Curriculum der drei praxisintegrierten Bachelorstudiengänge Elektrotechnik, Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen am Campus Minden, in denen die Studierenden abwechselnd Theoriephasen an der HSBI und Praxisphasen in den Betrieben durchlaufen. In den PAWs laufen Theorie und Praxis zusammen: „Die Studierenden wenden ihre theoretischen Kenntnisse an, um ein praxisnahes Projekt unter realistischen Bedingungen zu bearbeiten – aber im geschützten Rahmen, den die HSBI bietet“, erklärt Wetter das Konzept.

Annähernd 200 Anforderungen wurden bei der Wetterstation berücksichtigt

Im Fall des Wetter-PAWs bedeutete das: „Wir bauen an der Sternwarte eine umfangreiche Wetterstation samt All-Sky-Messstation auf, loggen die Daten dauerhaft, bereiten sie auf und präsentieren sie auf der Website der Sternwarte. Zusätzlich sammeln wir die Daten als Big Data in einer Datenbank, um sie für Forschungsprojekte nutzen zu können.“ Für die Studierenden bedeutete das: „Viel Arbeit“, sagt Maschinenbaustudent Tim Bretschneider und lacht. Die Wetterstation war zwar ein Zukaufteil, aber es galt eine passende und sichere Halterung zu konstruieren, die Sensoren optimal zu platzieren, das All-Sky-System aus Einzelkomponenten wie der Mechanik, der Kamera und dem Mikrocomputer Rasperry Pi zusammenzustellen und die Datenbank samt entsprechender Schnittstellen einzurichten. „Und ein Blitzschutzsystem brauchten wir natürlich auch“, ergänzt Elektrotechnikstudent Michel Wilharm. Schließlich sollte die exponierte Wetterstation Wetterdaten liefern und nicht von Wetterphänomenen außer Gefecht gesetzt werden.

Annähernd 200 Anforderungen identifizierten die Experten der Sternwarte insgesamt und fassten sie in einem Aufgaben-Katalog zusammen. Dann ging es für die elf Studierenden an die Bearbeitung: „Das Blitzschutzkonzept sollten nicht unbedingt die Maschinenbauer erstellen, während die Konstruktion nicht gerade das Spezialgebiet der Elektrotechniker ist“, beschreibt Oliver Wetter vorsichtig eine sinnvolle Aufgabenteilung. Gefragt waren also unterschiedliche Kompetenzen – die aber aufeinander abgestimmt werden und ineinandergreifen mussten: „Nur so können interdisziplinäre Projekte erfolgreich umgesetzt werden“, so Wetter. „Genau diese Arbeitsweise im Team sollen die Studierenden in den PAWs einüben.“ Eine Herausforderung, erzählt Tim Brettschneider: „Da prallten wirklich Welten aufeinander. Ich konnte zwar konstruieren, hatte aber keine Ahnung, was die Elektrotechniker so machen.“ Michel Wilharm erging es ähnlich: „Es war sehr faszinierend für mich, dass die Konstruktion tatsächlich funktionierte!“

Lichtverschmutzung muss bei der All-Sky-Beobachtung berücksichtigt werden

Es dauerte nicht lang, dann wuchs die Gruppe zusammen. „Der Zusammenhalt war sehr kollegial“, sagt Wilharm. „Bei Problemen haben wir kurzfristig Online-Treffen abgehalten, um Lösungen zu finden.“ Beim Testlauf zum Beispiel stellte sich heraus, dass ein Sensor nicht kompatibel war. „Wir haben dann eine Adapter-Platine gebaut, um ihn doch verwenden zu können“, berichtet Wilharm. Schließlich war es soweit, die Wetterstation lief. Fehlte noch die Validierung der Daten: „Den Niederschlag haben wir beispielsweise mit Wasser aus einem Messbecher simuliert, sodass wir die Mengen abgleichen konnten“, beschreibt Bretschneider das Vorgehen.

Die Ergebnisse passten, und so ging es an die Integration des All-Sky-Systems. Die Studierenden kombinierten die Kamera mit einem Sky Quality Meter, einem Messgerät zur Bestimmung der Himmelshelligkeit. Denn die wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, naturgegebene wie Dunst oder Nebel ebenso wie menschengemachte. Prof. Oliver Wetter: „Schaut man nachts von der Sternwarte Richtung Minden, liegt eine Art heller Blob über der Stadt: Sie leuchtet von unten. Diese sogenannte Luftverschmutzung wirkt sich auf die Beobachtungen aus und muss bei Analysen berücksichtigt werden.“

Daten von Wetter und Beobachtung des Nachthimmels bereichern die Website der Sternwarte

Jetzt wurde es knifflig: Während die Wetterdaten einfach über den Anbieter der Wetterstation auf der Sternwarten-Website dargestellt und in die Datenbank auf dem eigenen Server überführt werden konnten, musste Wirtschaftsingenieurstudent Alexander Borchers die All-Sky-Daten noch händisch aufbereiten und implementieren. Auch zeitlich eine Herausforderung, denn die obligatorische Präsentation der PAWs am Semesterende stand kurz bevor. Es wurde eine Punktlandung: „Die letzten Anpassungen am Code habe ich noch kurz vorher am Morgen gemacht“, erzählt Borchers erleichtert.

Trotz Arbeitsbelastung und Stress: „Es war eine sehr coole Erfahrung, die sich gelohnt hat“, resümiert Tim Bretschneider. Mit dem Ergebnis ist auch Oliver Wetter zufrieden: „Eine sehr saubere Umsetzung, das hat super geklappt!“ Und auf der Website der Sternwarte lässt sich jetzt jederzeit ablesen, ob das Wetter vor Ort den Blick in die Sterne erlaubt. (uh)