Abschlussbericht zum Vorhaben „Laplace: Astrophysikalische und planetologische Experimente mit Staubwolken“

Abstract

Kurzfassung

Derzeitiger Stand von Wissenschaft und Technik. Die erste Stufe der Bildung fester planetarer Körper in protoplanetaren Scheiben umfasst das sukzessive Wachstum von Staubpartikeln durch langsame Stöße und mittels schwacher Oberflächenkräfte (van-der-Waals-Kräfte). Dieser Prozess wird Agglomeration genannt. Nach den gängigen Modellen zum Staubwachstum in protoplanetaren Scheiben führen frisch kondensierte Partikel zuerst Stöße aufgrund Brownscher Bewegung durch, die nach unseren Voruntersuchungen immer zum Aneinanderhaften führen sollten, weil die thermischen Geschwindigkeiten extrem klein sind. Wie sich eine ganze Population von Staubkörnern unter diesen Bedingungen entwickelt (Wachstumsgeschwindigkeit, Massenverteilung, innere Struktur) ist nach wie vor unbekannt und kann nur unter Schwerelosigkeitsbedingungen experimentell untersucht werden. Zielsetzung der Untersuchungen. Es sollten Experimente auf der ISS unter realistischen Umgebungsbedingungen (Schwerelosigkeit, niedriger Gasdruck, realistische Staub-Analogpartikel) durchgeführt werden, die die protoplanetare Staubagglomeration und die Physik des Staubwachstums in kohäsiven granularen Gasen simulieren. Methoden. Es wurden die für den Betrieb auf der ISS benötigten Hard- und Softwarekomponenten entwickelt und getestet. Darüber hinaus wurden die auf zwei Suborbitalraketen im Rahmen des ICAPS-Vorhabens gewonnen Daten zur Brownschen Bewegung und zum Ladungs- und Stoßverhalten kleiner fraktaler Agglomerate ausgewertet. Laborexperimente und Modellrechnungen ergänzten die Arbeiten im Berichtszeitraum. Ergebnisse. Es konnten alle sieben Arbeitspakete wie beantragt erfolgreich bearbeitet werden (s. ausführlichen Abschlussbericht).

Schlussfolgerungen/Anwendungsmöglichkeiten. Die Ergebnisse dieses Vorhabens sind Voraussetzung für eine erfolgreiche Mission des Experiments Laplace auf der ISS, welche für das Jahr 2025 geplant ist. Die im Rahmen des Vorhabens getätigten wissenschaftlichen Publikationen sind für alle Forschenden der Gebiete Planetenentstehung, kleine Körper im Sonnensystem, Brownsche Bewegung und granulare Gase von Interesse und in aller Regel als open access auch zugänglich.