Dynamik von Umlaufbahnen unter solarem Strahlungsdruck - Anwendungen in der Planetenforschung und für die Erkundung des Weltraums

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Oberst
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317324599

Ziel des Projektes ist die Untersuchung eines natürlichen Phänomens in der Himmelsmechanik: die stabile Bewegung von Partikeln in einem Orbit über der Tag-Nacht-Grenze eines beleuchteten Himmelskörpers. Diese Bahnbewegungen treten in schwachen Gravitationsfeldern durch die Einwirkung von solarem Strahlungsdruck auf. Eine modifizierte Version von Hill's Ansatz für das eingeschränkte Dreikörperproblem dient als Grundlage für analytische Betrachtungen. Wenn keine analytische Lösung für die Bewegung der Partikel zur Verfügung steht, werden numerische Integrationen verwendet. Mit zahlreichen numerischen Integrationen über einem Raster von Initialzuständen lassen sich Karten wie z. B. die Poincaré-Abbildung erstellen. Diese Karten ermöglichen es Familien zyklischer Orbits zu charakterisieren oder ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Störeinflüssen einzuschätzen. Die Stabilität und die Beleuchtungsbedingungen machen diese sonnen¬synchronen Umlaufbahnen interessant für die Planung von Raummissionen. Wir werden mögliche Anwendungen für die Ziele der Asteroidenmissionen Hayabusa-2, OSIRIS REx, und Marco-Polo-R aufzeigen. Durch Simulationen werden stabile Orbits mit günstigen Bedingungen für Erkundung und Kartierung durch Bordinstrumente ermittelt. Da die beschriebenen Orbits über längere Zeiträume erhalten bleiben, könnten sie Aggregationsgebiete für Staubteilchen darstellen, in denen Ringe oder Tori entstehen. Gegenstand der Untersuchung sind diverse Exoplaneten sowie der Zwergplanet Ceres, der wahrscheinlich aktiv Staub und Gas freisetzt. Viele Exoplaneten wurden entdeckt, da sie sich sehr nah bei ihrem Stern befinden. Deshalb wäre Strahlungsdruck ein entscheidender Faktor für die Bahnentwicklung von Ringpartikeln, insbesondere in Fällen von Sternen mit höherer Lichtstärke als unsere Sonne. Ringe von Exoplaneten haben Auswirkungen auf die Lichtkurven von Transitbeobachtungen, da sie einen Teil des Lichtes blockieren. Berücksichtigt man die Ringe nicht, so können Aussagen über Radius und Dichte von Exoplaneten stark fehlerbehaftet sein. Im Rahmen des Projektes möchten wir ermitteln, ob starker Strahlungsdruck Ringformationen mit ungewöhnlicher Geometrie und Dynamik ermöglicht und welche Implikationen das für Transitbeobachtungen hat.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen