Planetenbasteln auf der ISS

Zündspannung

Am Anfang des Sonnensystems war die junge Sonne umgeben von einer Scheibe aus Gas und Staub. Der Staub ballte sich zusammen, wuchs an und wurde stetig größer, bis er irgendwann die Planeten bildete. Wie genau der erste Schritt dieser Planetenentstehung stattfand, ist noch eine offene Frage. Das ESA-Project ICAPS (Interactions in Cosmic and Atmospheric Particle Systems) soll zu deren Klärung einen großen Schritt beitragen.

Um die Stöße von Mikrometer großen Staubteilchen in einem Gas zu untersuchen, müssen diese für einigermaßen lange Zeit in dem Gas schweben – länger, als das bei Experimenten auf der Erde (wo sie sofort zu Boden fallen) oder während Parabelflügen (wo nur gut 20 Sekunden Schwerelosigkeit vorherrschen) möglich ist. Deswegen ist momentan ein Experiment für die Internationale Raumstation in Planung.

Bei diesem Experiment werden Staubteilchen mit einem Zahnrad in eine Vakuumkammer befördert. Der Gasdruck muss relativ niedrig sein, damit die Teilchen häufig genug zusammen stoßen. Sobald sie jedoch an die Wand stoßen, bleiben sie dort kleben und gehen für den Versuch verloren. Daher werden die Teilchen dort mit der thermophoretischen Kraft eingefangen – es wird ein Temperaturgradient erzeugt, der den Staub ins Innere der Kammer drückt.

 

Der Hauptvorteil dieser Methode liegt darin, dass die induzierte Geschwindigkeit der Teilchen nicht von deren Größe abhängt, anders als wenn beispielsweise eventuelle Ladungen des Staubs ausgenützt würden. So können die Teilchen wie gewünscht wachsen, ohne dass die Falle weniger effizient werden würde.

Das Team von der TU Braunschweig hat vor kurzem Tests am Fallturm am ZARM in Bremen durchgeführt und auch schon in der nur sekundenlangen Schwerelosigkeit Agglomeration beobachtet – ein gutes Zeichen für die weitere Entwiclung des Projekt. Ein weiterer Forschungsgegenstände mit dem Aufbau ist übrigens die Wechselwirkung von Licht mit Staub. So kann beispielsweise Lichteinstrahlung auf Staubteilchen in einem Gas zu einer Kraft auf die Teilchen führen, einfach dadurch, dass die Seite, die bestrahlt wird, aufgeheizt wird. Diesen Effekt nennt man Photophorese, und er soll mit demselben Aufbau untersucht werden.

Mierk Schwabe

Veröffentlicht von

Erhöht man die Spannung zwischen zwei Elektroden, die ein Gas umgeben, beginnt das Gas irgendwann zu leuchten: Freie Elektronen im Gas haben genug Energie, um die Gasteilchen zu ionisieren und noch mehr Elektronen aus den Atomen zu schlagen. Ein Plasma wurde gezündet, die Zündspannung ist erreicht. Gibt man nun noch zusätzlich Mikrometer große Teilchen in das Plasma, erhält man ein sogenanntes "Komplexes Plasma", mit dem ich mich zunächst als Doktorand und Post-Doc am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und nun an der University of California in Berkeley beschäftige. In diesem Blog möchte ich sowie ein wenig Einblick in den Alltag im Forschungsinstitut bieten, als auch über den (Plasma)-Rand hinaus blicken. Mierk Schwabe

5 Kommentare

  1. Photoeffekt

    Rein theoretisch müsste die UV-Strahlung der Sonne Elektronen aus den Staubteilchen schlagen, so dass diese Staubteilchen dann positiv geladen sind.

    Die elektrostatische Abstossung sollte die Agglomeration der Staubteilchen dann behindern.

  2. Sehr interessant!

    Das ist ein sehr interessanter Versuch. Wie lange wird es dauern, bis das Experiment auf der Raumstation stattfinden kann? “in Planung” – bedeutet dass Wochen, Monate, Jahre?
    Dieses Thema fasziniert mich sehr. Irgendwann zu wissen, wie die Planeten entstanden sind, ist doch unglaublich. ich hoffe auf eine weitere Berichterstattung.
    Liebe Grüße,
    Louisa Huber

  3. Aufladung

    Ja, die Ladung… bei den Experimenten im Labor haben die Wissenschaftler festgestellt, dass die Teilchen sich sehr schnell entladen (sie sind am Anfang durch den Injektionsvorgang stark geladen).

    Während der Planetenentstehung gibt es diverse Mögichkeiten, die Staubteilchen aufzuladen. Einersetis die schon genannte Ionisation durch UV-Licht, andererseits aber auch Reibung mit dem Gas der Scheibe, Aufladung durch Elektronen und Ionen des selbst ionisierten Gases, Ladung durch Radioaktivität, usw. Wenn die Staubteichen dabei unterschiedliche Ladungen ansammeln, kann das sogar zu einer stark erhöhten Agglomerationsrate führen. Daran wird im Moment auch noch geforscht.

  4. Zeitplan

    @Louisa Huber: Vielen Dank für das Feedback, freut mich, dass das Thema auf Intersse trifft. 🙂

    Laut meinen Notizen von den Vorträgen auf der Konferenz letzter Woche soll das Experiment im Jahr 2014 auf die ISS gebracht werden.

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