Energie- und Massetransport in porösen eisigen und staubigen Medien. Mikrophysikalische Simulationen und Anwendungen auf Kometen

• Antragsteller: Dr. Yuri Skorov
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285787948

Dieser Antrag beschäftigt sich mit detaillierten Untersuchungen der physikalischen Prozesse in den oberflächennahen porösen Schichten kleiner Körper im Sonnensystem. Das Vorhaben stützt sich auf Ergebnisse mehrerer Weltraummissionen zu Kometen und unsere Laboruntersuchungen zu Transportprozessen in porösen staubigen und eisigen Medien unter den physikalischen Bedingungen der Kometenoberflächen. In dem hier beantragten Vorhaben soll ein neuartiges modulares Computerprogramm des Energie- und Masseflusses in porösen eisigen und staubigen Medien erstellt werden. Dieses Programm soll aus folgenden Modulen bestehen: i) einer gänzlich neuen mikrophysikalischen Beschreibung granularer Medien, und zwar sowohl homogener als auch inhomogener; ii) einer neuen multidimensionalen selbstkonsistenten Behandlung des zeitabhängigen Masse- und Energietransports in solchen Medien, basierend auf diskreten und kontinuierlichen Beschreibungen der oberflächennahen Schichten; iii) einem neuen mikrophysikalischen Modell der zeitlichen Entwicklung poröser Staub-Eis-Gemische. Die Ergebnisse vorhandener und zukünftiger Laborexperimente sollen dabei für die Entwicklung und Verifizierung der Computermodelle genutzt werden. Die Stärken dieser Vorgehensweise liegen i) in der Benutzung innovativer komplementärer Methoden, von der mikroskopischen zur mesoskopischen Skala, und ii) in der engen Verknüpfung zwischen theoretischen und experimentellen Arbeiten, welche die Glaubwürdigkeit und Anwendbarkeit der zu erstellenden Programme signifikant erhöhen werden. Als Endergebnis der hier beantragten Arbeiten sollen starke theoretische Modelle stehen, die es erlauben werden, Energie- und Masseaustauschprozesse in den oberflächennahen Schichten von Kometen über einen großen Parameterbereich zu untersuchen. Es wird beabsichtigt, die physikalischen Prozesse, welche zu den beobachteten hohen Temperaturen und niedrigen thermischen Trägheiten an den Kometenkernoberflächen führen, im Detail zu studieren. Darüber hinaus sollen der dauerhafte Ausstoß von volatilen und nicht-volatilen Stoffen, der Staubemissionsprozess von der Kometenoberfläche sowie die Staubentwicklung in der inneren Kometenkoma untersucht werden. Mit der Ankunft der Raumsonde Rosetta der Europäischen Weltraumorganisation am Kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko, einzigartige wissenschaftliche Daten aus 21 Experimenten werden immer zur Verfügung. Diese werden, zum ersten Mal, ermöglichen eine detaillierte Untersuchung eines Kometen in ausreichender Auflösung, die grundlegenden offenen Fragen in Kometenphysik zu untersuchen. Der Schlüssel zentrale Frage angegangen werden, wie Kometenaktivität funktioniert und was treibt sie. Aufgrund der langjährigen Erfahrung in diesem Bereich sind wir der Meinung, dass das Projekt herausragende Ergebnisse zu liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen