Die Simulation von Space Weathering auf atmosphärelosen Himmelskörpern, Monden und Planeten: Die Kombination von Hochgeschwindigkeits-Staubeinschlägen mit energetischer Bestrahlung

• Antragstellerin: Dr. Katherina Fiege
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Astrophysik und Astronomie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265706512

Die chemische und mineralogische Charakterisierung von Meteoriten und ihren Mutterkörpern liefert uns wichtige Informationen über die Prozesse und Bedingungen während der Entstehung des inneren Sonnensystems. Allerdings ist es noch immer sehr problematisch, Meteorite zu ihren Mutterkörpern zuzuordnen, z.B., mittels Infrarotspektroskopie. Die Oberflächen von atmosphärelosen Objekten im Sonnensystem werden stetig mit Sonnenwindpartikeln, Meteoroiden, Mikrometeoroiden und kosmischen Strahlen bombardiert. Diese Prozesse, zusammengefasst unter dem Begriff Space Weathering, führen zu starken Veränderungen auf den Oberflächen besagter Himmelskörper. Astronomische Beobachtungen haben zum Ziel, die Oberflächeneigenschaften von Asteroiden, Monden und Planeten zu bestimmen, z.B. über Infrarotspektroskopie. Space Weathering aber verändert die optischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften der dünnen Regolithschichten auf den Oberflächen sehr stark und behindert somit die korrekte Identifikation ihrer Zusammensetzung und Mineralogie. Die Effekte des Space Weathering wurden insbesondere im Hinblick auf den Einfluss von Ionen aus dem Sonnenwind (Sputtern, Implantation) experimentell untersucht, insbesondere die Entstehung von glasigen Beschichtungen und nanometer großen, Fe-haltigen Phasen. Für die Simulation von Einschlägen von kosmischem Staub wurden in der Regel Nanosekunden-gepulste Lasersysteme genutzt, deren Effekte allerdings nicht direkt mit tatsächlichen Staubeinschlägen verglichen werden können. Diese Studie bietet einen neuen Ansatz zur Untersuchung des Space Weathering: Die Einschläge von kosmischem Staub werden mit einem modifizierten 2 MV Van de Graaff Staubbeschleuniger am Max-Planck-Institut für Kernphysik, geleitet vom Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) an der Universität Stuttgart, durchgeführt. Dies wird mit der Simulation von energetischer Bestrahlung und Desorptions-Experimenten im Electron and Photon Induced Chemistry on Surfaces (EPICS)- Labor am Georgia Institute of Technology, USA, kombiniert. Die Simulation von höchst realistischen Bombardement- und Bestrahlungsbedingungen unter Verwendung vielfältiger silikatischer Materialien, erlaubt es, beide Prozesse, den Einfluss der Bestrahlung mit Sonnenwindpartikeln und des Einschlages von kosmischen Staubteilchen auf festen Oberflächen zu untersuchen. Hier kann die Bildung von nanometer großen, Fe-haltigen Phasen studiert werden, ebenso die Rolle von OH-haltigen Mineralen und der Effekt der Einstrahlung des Sonnenwindes und Einschlägen durch kosmischen Staub auf die Entwicklung der Budgets volatiler Elemente auf nominell wasserfreien Oberflächen. Generell soll diese Studie zu einer Vertiefung des Verständnisses von Alterationsprozessen in kosmischen Umgebungen beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Thomas M. Orlando