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Reflexionsmessungen an hochporösen Staubagglomeraten

31.12.2005

Planeten entstehen in einem mehrstufigen Prozess, an dessen Anfang das Zusammenballen mikroskopisch kleiner Staubpartikel aufgrund von Stößen mit kleinen bis moderaten Relativgeschwindigkeiten (im Bereich von 0 m/s – 50 m/s) und die gegenseitige Anziehung durch Kohäsionskräfte (van-der-Waals-Kräfte) steht. Diese mikroskopisch kleinen, festen Partikel spielen auch in den Planetenwissenschaften eine große Rolle, denn die Oberflächen kleinerer atmosphäreloser Körper im Sonnensystem wie Monde und Asteroiden sind von einer mehr oder minder dicken Staubschicht bedeckt, die von den Planetologen Regolith genannt wird. Nur vom Erdmond und vom Mars sind genauere Kenntnisse der Zusammensetzung und der Größe der Partikel bekannt, die die Regolithschicht ausmachen, da dort Raumsonden gelandet sind und detaillierte Untersuchungen durchgeführt haben.

Von allen anderen, insbesondere den vielen kleinen Körpern des Sonnensystems, erreichen uns Informationen über deren Oberflächenaufbau nur durch das von den Regolithpartikeln gestreute Sonnenlicht beziehungsweise über deren thermische Infrarotstrahlung, die von der Erde aus oder von vorbei fliegenden Raumsonden gemessen werden. Um solche Messungen zu interpretieren, bedarf es einer genauen Vorstellung vom inneren Aufbau des Regoliths. Da es sich bei der Streuung von Sonnenlicht und der thermischen Emission um komplexe Vielteilchenphänomene handelt, sind der bisherigen theoretischen Berechnung Grenzen gesetzt.

Ein Modellsystem für solche präplanetaren Körper, auch Protoplanetesimale genannt, sind so genannte Staubkuchen aus SiO2-Kügelchen bzw. Diamantstaub. Diese können am Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der TU Braunschweig im Labormaßstab erzeugt werden. Diese Staubkuchen entsprechen in ihrer inneren Struktur und in der Art ihrer Erzeugung den makroskopischen protoplanetaren Agglomeraten. Diese Staubkuchen zeigen eine Porosität von ≧ 85 %, d. h. sie besitzen eine Massendichte von höchstens 15 % bzgl. der die Agglomerate aufbauenden Materie, und sind mechanisch unerwartet stabil.

In einer Kooperation mit dem Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der TU Braunschweig wurden erste Reflexionsmessungen an solchen Staubkuchen mit Hilfe des Gonioreflektometers durchgeführt. Dabei wurden an mehreren Proben Reflexionsindikatrices bei festem Einstrahlungswinkel und variablem Detektionswinkel gemessen. Die SiO2-Proben zeigten dabei annähernd ein lambertsches Reflexionsverhalten; dagegen ergaben sich bei den Diamantstaubproben deutliche Abweichungen von einer lambertschen Reflexionscharakteristik. Es sind zukünftig weitergehende Messungen zur dreidimensionalen Charakterisierung des inneren Aufbaus dieser hochporösen Festkörper geplant.


Probe aus hochporösen Staubagglomeraten