Studenten-Experimente untersuchen elektrische Phänomene zu Beginn der Planetenentstehung
Copyright: NASA/JPL-Caltech
Köln (Deutschland) – Zwei von drei Gewinnerteams eines Wettbewerbs des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) führten mit Hilfe des Astronauten Alexander Gerst im vergangenen Jahr an Bord der Internationalen Raumstation Experimente durch, mit denen sie untersuchten, welche Rolle elektrische Phänomene während der Planetenentstehung spielen.
Insgesamt konnten drei Gewinnerteams ihre Experimente während der „horizons-Mission“ des ESA-Astronauten Alexander Gerst im Sommer 2018 zur Internationalen Raumstation (ISS) senden. Zuvor durchliefen die Projekte den gesamten Prozess einer realen Raumfahrtmission – von der Ausarbeitung ihrer wissenschaftlichen Ziele, über das Entwerfen eines technischen Designs und die notwendigen Tests, bis hin zum von Gerst durchgeführten Betrieb des Experiments an Bord der Raumstation. Dabei war die Größe der Experimentanlagen stark eingeschränkt und mussten in drei zirka 10×10 x15 Zentimeter große Container passen. Auf der Raumstation waren die Kleinanlagen dann mindestens 30 Tage lang in Betrieb.
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Zu den Gewinnern zählten auch zwei Teams, die sich Fragen der Planetenentstehung und dabei möglicherweise beteiligten elektrischen Aufladungsprozessen widmeten:
Mit dem Experiment „EXCISS“ (Experimental Chondrule Formation at the ISS) untersuchten Studierende der Universität Frankfurt am Main die Entstehung sogenannter Chondrulen:
„Chondrulen sind in der Regel Submillimeter- bis Millimetergroße kugelförmige Objekte, die in den meisten Meteoriten zu finden sind und bis zu 80 Volumenprozent der Masse vieler Meteoriten ausmachen können. Chondrulen gehören unter den kalzium- und aluminiumreichen Einschlüssen zum ältesten Material unseres Sonnensystems. Und sie sollen die Bausteine unseres Sonnensystems sein, was bedeutet, dass die meisten Gesteinsplaneten und Asteroiden aus Chondrulen entstanden sind. Wenn wir nun also wissen, wie sich Chondrolen gebildet haben, können wir viele Informationen über Prozesse in der Frühphase unseres Sonnensystems gewinnen.
Die Entstehung von Chondrulen ist jedoch immer noch Gegenstand intensiver wissenschaftlicher Diskussionen und es wurden viele widersprüchliche Theorien dazu vorgeschlagen. Die meisten Chondrolen müssen sich vor 4,56 Milliarden Jahren gebildet haben. Unser Sonnensystem bestand damals aus einer Protosonne und einem dichten Nebel aus Gasen und Silikat-/Metallstaubpartikeln, der als Sonnennebel bezeichnet wird. Diese Aggregate und Staubpartikel müssen durch ein bestimmtes Ereignis auf 1700-2100 K erwärmt worden sein und Chondrolen gebildet haben. Mit EXCISS wollen wir die Bildung von Chondrulen durch elektrische Entladungen untersuchen.“
Mit EXCISS wollen die Jungwissenschaftler also die Bedingungen des Sonnennebels in einem einfachen Plattenkondensator in Mikrogravitation nachbilden und das Verhalten beobachten – z.B. das Schmelzen und Akkretion von Staubpartikeln, die durch elektrische Entladungen angeregt werden.
Auch das Experiment „ARISE“ (Planet formation due to charge induced clustering on ISS) von Studierenden der Universität Duisburg-Essen untersuchte die Rolle, die elektrische Aufladungen bei der Geburt von neuen Himmelskörpern spielen:
„Das Ziel von ARISE ist es, das Verständnis der Haufen- Klumpen- und Clusterbildung von geladenen Körnern im Kontext der Planetenbildung zu verbessern.
Kollisionen zwischen nur wenige Millimeter großen Teilchen sind ein entscheidender Prozess in der Planetenbildung und bislang aber immer noch nicht gut verstanden. (Bislang ist bekannt, dass Partikel bis zu einer Größe von mehreren Zentimetern Durchmesser bei Zusammenstößen aneinander haften bleiben. Dies funktioniert aber nur bis zu einer bestimmten Größe der Ansammlung.) Jüngste Experimente zeigten, dass eine solche Kollision zu einer elektrischen Aufladung der Partikel führt, was das Kollisionsverhalten signifikant verändert. Der Rückstellungskoeffizient sinkt und das Verkleben zwischen den Körnern wird beobachtet. Eine Langzeitbeobachtung der Clusterbildung von geladenen Körnern wird zeigen, ob die sog. Triboaufladung ein starker Motor in den ersten Schritten der Planetenbildung sein kann.“
Um diese Annahme zu überprüfen, untersuchten die Studierenden die Zusammenstöße von Glaskugeln, welche die kosmischen Partikel simulieren, unter Schwerelosigkeit.
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