Modelle des inneren Aufbaus und thermischen Zustands von Gesteinsplaneten und festen Exoplaneten

• Antragsteller: Dr. Frank Sohl
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280637173

Im Rahmen des Projekts werden Modelle des inneren Aufbaus und des thermischen Zustands erdähnlicher Modellplaneten mit gegebener Masse und Radius erstellt, die den Bereich der super-Erden und Gesteinskerne von Planeten bis hin zur Größe des Neptun abdecken. Strukturmodelle fester planetarer Körper sind chemisch geschichtet, enthalten flüchtige Bestandteile, gesteinsbildende Elemente und Metalle wie etwa Eisen, die sich in zentralen Kernen anreichern. Die Parametrisierung dieser Modelle beruht auf thermodynamischen Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeiten und Ausdehnungskoeffizienten, Zustandsgleichungen für die Dichte und Phasendiagrammen. Während der ersten Förderperiode werden diese in Teilprojekten der Forschergruppe durch Berechnungen nach der ab initio Methode (SP1, SP2) und begleitende Laborexperimente (SP7, SP8) an stark komprimierten festen und flüssigen Materialien stetig verbessert werden. Da der konvektive Energietransport in den silikatischen Mänteln massereicher super-Erden aufgrund der druckbedingten Zunahme der Viskosität mit der Tiefe stark beeinträchtigt wird, soll insbesondere der Zusammenhang zwischen interner Wärmeproduktion, säkularer Auskühlung und intrinsischer Luminosität oder Oberflächenwärmefluss genauer untersucht werden. Um die Mehrdeutigkeit der Modelle einzuschränken, wird anhand der ermittelten Dichteprofile in enger Zusammenarbeit mit den Teilprojekten SP5 und SP6 die säkulare oder fluide Lovesche Zahl k_{2,f} berechnet werden. Diese ist einerseits ein wichtiges Maß für die zentrale Massekonzentration und korrespondiert auf der anderen Seite mit wichtigen Beobachtungsgrößen, die Rotations- und Gezeiteneinflüssen unterliegen (SP6). Es ist zu erwarten, dass auf diese Weise neue, verbesserte Zusammenhänge zwischen Masse, Radius, Differentiationsgrad, chemischer Gesamtzusammensetzung und thermischem Zustand fester Exoplaneten herausgearbeitet werden können, die an ihren Zentralsternen vorüberziehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2440: Materie im Inneren von Planeten - Hochdruck-, Planeten- und Plasmaphysik
• Kooperationspartner: Professor Dr. Tilman Spohn
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Doris Breuer