Laborexperimente

Unser Sonnensystem umfasst eine faszinierende Vielfalt unterschiedlichster Himmelskörper. Neben den großen Planeten kreisen unzählige kleinere Objekte um die Sonne. Zwei bedeutende Gruppen unter ihnen sind die Asteroiden – vor allem zu finden im Asteroidengürtel zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter – sowie die Kometen, die sich meist weit außerhalb der Neptunbahn im Kuipergürtel und der Oortschen Wolke bewegen, gelegentlich aber auch in das innere Sonnensystem vordringen.
Da diese Körper in der Regel klein, dunkel und somit schwer von der Erde aus zu beobachten sind, bedarf es spezieller Raumfahrtmissionen wie der Rosetta-Mission zum Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko oder Hayabusa2-Mission zum Asteroiden Ryugu, um sie näher zu erforschen.
Solche Missionen sind jedoch aufwendig, teuer und zeitintensiv – ihre Anzahl daher begrenzt. Um dennoch mehr über die Eigenschaften dieser Himmelskörper zu erfahren, können auf der Erde Experimente im Labor durchgeführt werden. Sie basieren auf den Erkenntnissen vergangener Missionen und helfen uns, die physikalischen Prozesse kleiner Körper im Sonnensystem besser zu verstehen.

Am Institut für Planetologie bauen wir Labore auf, mit denen sich verschiedene Aspekte kleiner Körper im Sonnensystem simulieren und analysieren lassen. Hierfür werden zunächst künstliche Proben hergestellt, die beispielsweise die Oberflächenstruktur von felsigen Asteroiden oder eisreichen Kometen nachbilden. Je nach Untersuchungsziel werden diese Proben in eine geeignete experimentelle Umgebung überführt.
Zu diesem Zweck konstruieren wir spezialisierte Messsysteme innerhalb eigens entwickelter kryogener Hochvakuumkammern. Diese ermöglichen die Reproduktion weltraumähnlicher Bedingungen mit Temperaturen zwischen etwa 100 K und 400 K sowie Drücken im Bereich von etwa 10⁻⁶ mbar.
Mit einer Vielzahl an Instrumenten untersuchen wir zentrale Materialeigenschaften der Proben, darunter Wärmeleitfähigkeit, Kompressibilität und Schallgeschwindigkeit. Ein künftiger Forschungsschwerpunkt wird die Analyse des Aktivitätsverhaltens* granularer Kometen-Analogproben aus Staub und Eis unter sonnenähnlicher Beleuchtung in einer kryogenen Hochvakuumumgebung mithilfe eines Sonnensimulators sein.
Neben der Quantifizierung physikalischer Parameter von Analogmaterialien führen wir auch Experimente zur Entwicklung und Erprobung von Instrumenten für Weltraummissionen durch. Ziel ist es, neue Technologien zur Interaktion mit den Oberflächen kleiner Körper im All zu testen und weiterzuentwickeln.

*Aktivität beschreibt bei einem Kometen das Verhalten, bei genügender Bestrahlung durch die Sonne Gas und Staubpartikel auszuwerfen. Dies bildet auch die Grundlage des häufig von der Erde aus sichtbaren Kometenschweifs.