Microphysical modeling of comets and planetesimals

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Blum
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 51912759

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Kometen sind einer breiten Öffentlichkeit durch ihre auffällige Erscheinung am Nachthimmel bekannt. Der ausgedehnte Staubschweif, der sich bei Annäherung an die Sonne ausbildet, zeugt von einer hohen Aktivität dieser Objekte. Detaillierte Untersuchungen des Kometenkerns, eines Eis-Staub-Gemischs von Kilometergröße, liegen nur für eine Handvoll Kometen vor. Die heutigen Vorstellungen des Aufbaus von Kometenkernen gehen von einer hochporösen Mischung aus mikroskopisch kleinen Wassereis- und Staubpartikeln aus. Wenn bei der Annäherung an die Sonne das Wassereis verdampft, werden die Staubteilchen zum Teil mitgerissen (und bilden so den Staubschweif), bleiben aber teilweise auch an der Oberfläche zurück und bilden eine krustenartige Staubschicht. Ziel des Vorhabens war, die Mikrophysik solcher geschichteten Staub-Eis-Gemische im Detail zu verstehen. Hierzu wurden Computersimulationen und Laborexperimente durchgeführt, um Aspekte, wie die Gasdurchlässigkeit von Staubschichten, den Wärmetransport der an der Oberfläche absorbierten Sonnenstrahlung in tiefere Schichten sowie die Physik der Verdampfung von Wassereis bei tiefen Temperaturen zu studieren. Schließlich wurden in Kooperation mit ukrainischen Wissenschaftlern auch Beobachtungen zur Aktivität von Kometen bei großen Abständen von der Sonne durchgeführt, um den Einfluss hochflüchtiger Stoffe auf die Emission von Staub zu untersuchen. Wichtigste Ergebnisse des Vorhabens sind die erstmalige Messung des Sublimationskoeffizienten von Wassereis im für Kometen relevanten Temperaturbereich von 170-220 K und ein im Labor kalibriertes Modell der Wärmeleitfähigkeit poröser Staubschichten. Überraschend war, dass die in der Literatur verwendeten Modelle zur Gasdurchlässigkeit von Staubschichten nicht den im Labor gemessenen Werten entsprechen, sodass auf diesem Gebiet noch Klärungsbedarf besteht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Outgassing of icy bodies in the Solar System - II. Heat transport in dry, porous surface dust layers. Icarus
  Gundlach, B. and Blum, J.
  
• 2011. Activity of comets: Gas transport in the near-surface porous layers of a cometary nucleus. Icarus, 212, 867 – 876
  Skorov, Y.V., v. Lieshout, R., Blum, J., Keller, H.U.
  
• 2011. Observations of the long-lasting activity of the distant Comets 29P Schwassmann-Wachmann 1, C/2003 WT42 (LINEAR) and C/2002 VQ94 (LINEAR). Icarus, 211, 559-567
  Ivanova, O.; Skorov, Yu.; Korsun, P.; Afanasiev, V.; Blum, J.
  
• 2011. Outgassing of icy bodies in the solar system - I. The sublimation of hexagonal water ice through dust layers. Icarus 213, 710–719
  Gundlach, B., Skorov, Y.V., Blum, J.
  
• 2011. Thermal conductivity measurements of porous dust aggregates: I. Technique, model and first results. Icarus 214, 286–296
  Krause, M., Blum, J., Skorov, Y.V., Trieloff, M.