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PLANETEN
Planetenentstehung im Fallturm
Redaktion / idw / Pressemitteilung der TU Braunschweig
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22. November 2018

Die Prozesse, die dazu führen, dass aus winzigen Staubteilchen große Planeten werden konnten, sind noch immer Gegenstand aktueller Forschung. Manche Aspekte lassen sich dabei nur schwer im Labor erforschen - es sei denn, man ist besonders erfinderisch: So entwickelte ein japanisch-deutsches Team nun extra einen Fallturm für entsprechende Experimente.

Fallturm

Der Fallturm im Labor des Instituts für Geophysik und Extraterrestrische Physik (IGEP) an der TU Braunschweig. Bild: Ingo von Borstel, Hiroaki Katsuragi, Jürgen Blum/TU Braunschweig  [Großansicht]

Physiker aus Braunschweig und Japan simulieren im Labor Prozesse bei der Planetenentstehung: Staubklumpen gelten als Grundbaustein bei der Entstehung von Planeten. Allerdings muss die Forschung erst noch verstehen, wie sich diese Klumpen physikalisch, zum Beispiel bei einem Zusammenprall, verhalten. Professor Hiroaki Katsuragi, ein Experte für Granularphysik von der Nagoya University in Japan, und Professor Jürgen Blum von der Technischen Universität Braunschweig haben dazu einen experimentellen Ansatz entwickelt.

Nach Modellen von Astrophysikern entstehen aus Staubkörnchen im Weltraum immer größere Klumpen, bis sich schließlich ein neuer Himmelskörper gebildet hat. Durch seine wachsende Schwerkraft zieht er weiteren Staub an und wird immer größer. Stößt der Himmelskörper mit anderen Fragmenten oder Planetenvorstufen zusammen, entstehen Trümmerstücke und schließlich wieder Staub.

Um mehr darüber zu erfahren, wie sich Staubklumpen und Partikel bei Kollisionen verhalten und entsprechend zur Planetenbildung beitragen, haben Katsuragi und Blum ganz besondere Experimente durchgeführt – und dies im Labor auf der Erde. Blum konstruierte dazu einen 1,5 Meter hohen Fallturm, der unter Mikrogravitations- und Vakuumbedingungen wie im Weltraum betrieben wird. Dann schossen die Wissenschaftler vom oberen Rand des Turmes ein millimetergroßes Projektil auf einen frei fallenden Klumpen aus Staubpartikeln, ein sogenanntes Cluster. Eine Hochgeschwindigkeitskamera filmte mit 3000 Bildern pro Sekunde, wie das Projektil auf den Klumpen prallte und den Cluster auseinander brach.

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Sie wiederholten das Experiment mit Projektilen aus Plastik, Blei und Glas verschiedener Größen, die entweder auf porösen Staub oder dichte, starre Glasperlen trafen. Das Duo aus Granular- und Planetenphysiker analysierte die stoßinduzierte Ausdehnung der Partikel. Die Expansionsdynamik von porösen Clustern (lose Partikel) stimmte danach mit der von starren Clustern überein. Die hierarchische Struktur des dichten, starren Materials hat demnach keinen Einfluss auf die Dynamik des Aufpralls. Durch die Kollision wurden etwa zwei bis sieben Prozent der kinetischen Energie des Projektils auf das Cluster übertragen. Das Projektil behielt etwa 15 Prozent seiner Vorkollisionsenergie, wobei der Rest der Energie durch Verformung oder Wärme abgeführt wurde.

Die Experimente von Blum und Katsuragi deuten darauf hin, dass sich universelle Regeln für alle Kollisionen ableiten lassen – unabhängig von Größe und Material des Projektils und von der Partikelart. "Durch diese universellen Regeln lassen sich unsere Ergebnisse auch auf die uns unbekannten Körper in fremden Planetensystemen anwenden. Wir können damit viel besser als zuvor vorhersagen, was bei Kollisionen dort geschieht", sagt Blum.

Über ihre Experimente berichten die Forscher in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Physical Review Letters erschienen ist. 

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Planetenentstehung im Fallturm. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
ISS: Wie Planeten aus Staubteilchen entstehen - 19. November 2018
Planetenentstehung: Wie aus Staub Planeten werden - 3. Juni 2008
Links im WWW
Technische Universität Braunschweig
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