Einschränkung der Planetesimalentstehungsmodelle durch Kometenbeobachtungen

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Blum
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436344287

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Bisher ist der Weg vom Staub des solaren Nebels und der protoplanetaren Scheibe zum heutigen Sonnensystem und insbesondere zu den Kometen nicht vollständig geklärt. Dieses Projekt soll einen Beitrag zur wissenschaftlichen Diskussion über die Kometenentstehung leisten und Licht in die noch offenen Fragen bringen. Daher wird das derzeitige Verständnis der frühen Sonnensystementstehung zusammengefasst und das derzeit plausibelste Entstehungsszenario für Planetesimale vorgestellt. Es werden die möglichen folgenden Entwicklungspfade vorgestellt, einschließlich der radiogenen Erwärmung und der Kollisionsentwicklung, die zu fünf möglichen Typen von Kleinkörpern führen. Die erwarteten physikalischen Eigenschaften dieser Körper werden zusammengefasst und mit Beobachtungen von Kometen verglichen. Dennoch sind mehrere Wege für die Entstehung von Kometen plausibel. Um die Verwendbarkeit der Oberflächentemperatur und der Aktivität von Kometen zur Eingrenzung der Entstehungsund Entwicklungspfade weiter zu untersuchen, wurde ein thermophysikalisches Modell entwickelt. Wir untersuchten, ob die Oberflächentemperatur zur Unterscheidung zwischen verschiedenen Oberflächenstrukturen verwendet werden kann. Wir verwendeten eine makro- und eine mikroporöse Oberflächenstruktur, die sich durch ihre unterschiedliche Temperaturabhängigkeit des Wärmetransports auszeichnen. Es wurde eine Methode zur Unterscheidung zwischen diesen beiden Oberflächenstrukturen entwickelt, die auf der Beobachtung der Oberflächentemperaturen bei Sonnenaufgang bei unterschiedlicher vorheriger Sonneneinstrahlung beruht. Wir haben außerdem das thermophysikalische Modell weiterentwickelt, um die Kometenaktivität zu berücksichtigen, indem wir die Sublimation von Eis und den Auswurf von Material einbezogen haben. Bei der Untersuchung, wie sich verschiedene Modellierungsansätze auf die Ergebnisse auswirken, stellten wir fest, dass CO2-getriebene Aktivität immer zu einer Diskrepanz zu den Beobachtungen führt. Nur bei künstlicher H2O-Aktivität ergeben sich Ausgasungsverhältnisse in der richtigen Größenordnung, und nur bei reduzierter Diffusivität zeigt das Modell einen vergleichbar steilen Anstieg der Ausgasung gegenüber der heliozentrischen Entfernung. Allerdings werden die absoluten Ausgasungsraten von H2O stets unterschätzt, während die Staubproduktion stets überschätzt wird. Diese Arbeit zeigt, dass eine komplexere Modellierung erforderlich ist, um genau zu verstehen, wie die Kometenaktivität funktioniert, und um die Entstehung und Entwicklung von Kometen damit einschränken zu können. In einem einwöchigen Workshop haben wir den aktuellen Stand der Wissenschaft zu den wichtigsten Aspekten der Kometenentstehung und -entwicklung sowie Beobachtungen und Laborarbeiten mit Experten aus diesen Bereichen diskutiert und offene Fragen zusammengefasst.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Talk at Europlanet Science Congress, 21 September – 9 October 2020, online: Thermophysical modelling of small bodies: influence of the radiative thermal conductivity, Vol.14
  D. Bischoff, B. Gundlach & J. Blum
  
• A method to distinguish between micro- and macro-granular surfaces of small Solar system bodies. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 508(4), 4705-4721.
  Bischoff, D.; Gundlach, B. & Blum, J.
  
• Invited Early Career Talk at 24th Meeting of the NASA Small Bodies Assessment Group, 26-27 January 2021, online: A Method to Distinguish Between Granular and Consolidated Surfaces of Small Solar System Bodies
  D. Bischoff, B. Gundlach & J. Blum
  
• Talk at Rosetta Dust Workshop, Online, 1-3 November 2021: Thermophysical Modelling: Constraining the Surface Structure from Remote Measurements
  D. Bischoff, B. Gundlach & J. Blum
  
• Formation of Comets. Universe, 8(7), 381.
  Blum, Jürgen; Bischoff, Dorothea & Gundlach, Bastian
  
• Sub-mm/mm optical properties of real protoplanetary matter derived from Rosetta/MIRO observations of comet 67P. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 519(1), 641-665.
  Bürger, Johanna; Glißmann, Thilo; Lethuillier, Anthony; Bischoff, Dorothea; Gundlach, Bastian; Mutschke, Harald; Höfer, Sonja; Wolf, Sebastian & Blum, Jürgen
  
• Talk at Comet Formation Workshop, Braunschweig, 7 - 10 June 2022: Thermophysical Modelling of Cometary Surface and Activity
  D. Bischoff, B. Gundlach & J. Blum
  
• Talk at Europlanet Science Congress, 18 – 23 September 2022, Granada: The formation and evolution of planetesimals towards comets – an overview, Vol. 16
  D. Bischoff, B. Gundlach & J. Blum
  
• A quantitative description of comet 67P’s dust and gas production remains enigmatic. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 523(4), 5171-5186.
  Bischoff, D.; Schuckart, C.; Attree, N.; Gundlach, B. & Blum, J.
  
• Micrometre-sized ice particles for planetary science experiments – CoPhyLab cryogenic granular sample production and storage. RAS Techniques and Instruments, 2(1), 686-694.
  Kreuzig, C.; Bischoff, D.; Molinski, N. S.; Brecher, J. N.; Kovalev, A.; Meier, G.; Oesert, J.; Gorb, S. N.; Gundlach, B. & Blum, J.
  
• Talk at Meeting of ISSI Team Understanding the Activity of Comets Through 67P’s Dynamics, 6-10 February 2023, Bern and online: A quantitative description of cometary dust and gas production remains enigmatic
  D. Bischoff, C. Schuckart, N. Attree, B. Gundlach & J. Blum
  
• Talk at Rosetta Dust Workshop, Paris, 7-10 March 2023, Paris: Thermophysical Modelling of Cometary Activity
  D. Bischoff, C. Schuckart, N. Attree, B. Gundlach & J. Blum