CoMPaSS

CoMPaSS (Core-Mantle-Particle Sedimentation System) ist eine kryogene Sedimentationskammer zur Untersuchung von Adhäsion von mikrometergroßen Eispartikel in einem Temperaturbereich von 90 K bis 210 K. Mithilfe eines Dispergierers werden Wassertröpfchen in eine kalte Stickstoffatmosphäre gesprüht, wo sie dann gefrieren und anschließend auf ein Target sedimentieren. Dort werden sie mit einem hochauflösenden optischen System beobachtet. Die Kammer kann zudem erweitert werden, um auch Kern-Mantel Partikel herzustellen und zu untersuchen. Damit können das Wachstum fraktaler Eisaggregaten sowie die Entwicklung ihrer Struktur unter protoplanetaren Bedingungen erforscht werden. Diese Eigenschaften spielen eine entscheidende Rolle für die Entstehung von Planetesimalen, Kometen und anderen Eiskörpern.

Das Video zeigt die spezifische Oberflächenenergie γ als Funktion der Temperatur. Bei niedrigen Temperaturen (90 K bis 170 K) ist γ sehr gering. Die Werte steigen mit zunehmender Temperatur allmählich an. Bei etwa 170 K wird eine Änderung der Temperaturabhängigkeit deutlich, die zu einem steileren Anstieg von γ führt (170 K bis 210 K). Die beigefügten Bilder zeigen sedimentierende Eispartikel mit Radien in der Größenordnung von 2–10 µm, die einer Fragmentierung unterliegen. Die fraktalen Strukturen nehmen mit steigender Temperatur systematisch zu. Der Anstieg von γ bei niedrigeren Temperaturen hängt höchstwahrscheinlich mit den Oberflächeneigenschaften der Eispartikel zusammen. Oberhalb von etwa 170 K könnte die Änderung der Steigung mit Sinterprozessen zusammenhängen, die die Partikeloberflächen und Kontaktflächen verändern. Dies könnte den beobachteten Anstieg der Größe der entstehenden fraktalen Strukturen mit steigender Temperatur erklären.