Mit Spezialglas können die Keimzellen von Planeten simuliert werden

8. Jänner 2016, 13:41
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Wissenschafter schießen Silikatkügelchen in eine 120 Meter hohe Vakuumröhre, um zu beobachten, wie sie zu Clustern verschmelzen

München – Planeten entstehen durch die sukzessive Akkumulierung von Materie. Die Entwicklung rückwärts betrachtet, lautet der Schritt vor einem Planeten Protoplanet, welcher sich seinerseits aus kilometergroßen Planetesimalen zusammengesetzt hat. Diese wiederum entstanden letztlich durch die "Verklebung" millimeterkleiner Silikatkügelchen, der sogenannten Chondren.

Wie der kosmische Gesteinsbildungsprozess abläuft, untersuchen Wissenschafter des Instituts für Planetologie der Universität Münster und der Technischen Universität Braunschweig zusammen mit Forschern des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung in Würzburg. Wie die Fraunhofer-Gesellschaft berichtet, wurde für die Experimente ein eigenes Spezialglas entwickelt und zu winzigen Kügelchen geformt, um solche Chondren möglichst realistisch abzubilden.

Vorarbeiten

"Dieses Glas unterscheidet sich von der Materialzusammensetzung stark von technischen Gläsern, mit denen wir üblicherweise arbeiten", sagt Fraunhofer-Forscher Martin Kilo. Die Zusammensetzung bedingt nämlich physikalische Eigenschaften wie etwa das Schmelz- und Kristallisationsverhalten – und beides spielt eine zentrale Rolle beim Entstehungsprozess größerer Gesteinskörper. "Wir haben daher vorab mit Modellierungsprogrammen berechnet, welche Schmelzbedingungen bei den geforderten Zusammensetzungen herrschen, wie stabil die Glasteilchen sind und bei welchen Temperaturen sie in welcher Form kristallisieren."

Für das Experiment haben die Würzburger mehrere Varianten ihrer Kügelchen hergestellt, die sich in ihrer Materialzusammensetzung geringfügig unterscheiden. Diese Kugeln wurden zunächst in speziellen Schmelzaggregaten erhitzt, bei denen sich die Temperatur und Atmosphäre exakt einstellen lassen. Diejenigen Kugeln, die nach diesen Testschmelzen den Eigenschaften aus dem theoretischen Modell am nächsten kamen, wurden für das Projekt ausgewählt.

Experiment im "Fallturm"

Bei Experimenten am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation in Bremen schossen die Forscher anschließend die Kügelchen in eine 120 Meter hohe stählerne Fallröhre, in der ein Hochvakuum erzeugt wird. In diesem Fallturm lassen sich 9,5 Sekunden Schwerelosigkeit erzeugen, um so Bedingungen wie im Weltraum zu schaffen.

Die Glaskügelchen werden in dieser Zeit auf bis zu 1.100 Grad Celsius erhitzt. Während des Fallvorgangs kollidieren sie und bilden Cluster. Das Kollisionsverhalten wird mit Hochgeschwindigkeitskameras aufgezeichnet und ausgewertet.

"Unsere Münsteraner Kollegen untersuchen dann, wie die Kugeln zusammenwachsen, ob die Cluster aus einer homogenen Masse bestehen oder ob die Form der einzelnen Kugeln noch erkennbar ist und ob und inwieweit es zur Auskristallisierung kommt", erklärt Kilo zu den noch anhaltenden Versuchen. Im nächsten Schritt wollen die Planetologen dann die Ergebnisse mit Beobachtungen an Meteoriten vergleichen und Rückschlüsse auf die Gültigkeit ihrer theoretischen Modelle ziehen. (red, 8. 1. 2016)


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