STARK: Stabile Triboelektrische Aggregation durch Reibung und Kollisionen

Abstract

In protoplanetaren Scheiben entstehen Millimeter große Aggregate aus Mikrometergroßen Staubpartikeln durch Kollisionen und Haftung der Staubpartikel. Diese Wachstumsphase führt dann zunächst zu einer Phase, in der die Aggregate kompaktieren, die Stöße elastisch werden und so kein weiteres Wachstum mehr stattfindet. Die Entstehung größerer Cluster aus Aggregaten ist möglich, wenn sich die Aggregate in den Stößen elektrostatisch aufladen. In früheren Arbeiten wurde dieser Prozess mit sphärischen, monolithischen Partikeln untersucht. Offen und Hauptziel des Vorhabens war die Frage zu beantworten, ob sich auch realistischere Staubaggregate aufladen und sich daraus größere, stabile Cluster bilden können. Hierzu wurden Experimente am Fallturm Bremen durchgeführt. In mehreren Kampagnen wurde das Verhalten verschiedener Staubproben untersucht. Während elektrisch minimal leitfähige Proben sich stark durch äußere elektrische Felder beeinflussen lassen und z.B. von planetaren Oberflächen abgelöst werden können, konnte in der Tat gezeigt werden, dass sich nicht leitfähige Proben stark aufladen und zur Bildung von Clustern führen können, die mindestens eine Größenordnung über der Größe der Aggregate liegen. Entladungsexperimente zeigen, dass der Ladungszustand auch über lange Zeitskalen erhalten bleiben kann. Damit wurde das Ziel des Vorhabens erreicht. Die Zentimeter großen Cluster können sich durch weitere Prozesse in protoplanetaren Scheiben zu km-großen Planetesimalen und weiter zu Planeten entwickeln. Triboelektrische Aufladung ist ein möglicher Prozess, um aus (sub)-Millimeter Partikeln mehreren Zentimeter große Cluster entstehen zu lassen.