Dynamik und thermische Entwicklung im Inneren von Eismonden: experimentelle und numerische Ansätze

• Antragstellerin: Professorin Carmen Sanchez-Valle, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546352948

Die Eismonde von Riesenplaneten (z.B. Titan, Enceladus, Europa) sind bemerkenswert in ihrer Vielfalt und ihren unterschiedlichen Entwicklungspfaden. Ihre einzigartigen Merkmale vergangener und gegenwärtiger Aktivität, einschließlich wahrscheinlich tektonisch aktiver Oberflächen und bewohnbarer Ozeane unter der Oberfläche, stellen eine Herausforderung für unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Planeten dar. Trotz der genauen Beobachtung durch frühere Planetenmissionen bleibt eine Reihe von Schlüsselfragen zur inneren Struktur und zum thermischen Zustand von Eismonden unbeantwortet: Wie kann eine globale Flüssigkeitsschicht unter der eisigen Kruste überleben? Wie wirken sich Verunreinigungen auf die Kristallisation der Urmeere und die Dynamik der Eisschichten aus? Welche radialen Modelle erklären die verfügbaren geophysikalischen Beobachtungen am besten? Die Fähigkeit aktueller Modelle, die in den Daten der Raumsonden kodierten Informationen aufzulösen, ist jedoch weitgehend durch den Mangel an Daten über die Eigenschaften eisiger Materialien unter relevanten Bedingungen begrenzt. Das Projekt NEVIS ist daher darauf ausgerichtet, diese Einschränkungen zu überwinden, und die oben genannten wissenschaftlichen Schlüsselfragen durch einen interdisziplinären Ansatz zu beantworten, der experimentelle und theoretische Studien eisiger Materialien und numerische Modellierung der thermischen Konvektion miteinander verbindet. NEVIS wird im Rahmen von zwei Promotionsprojekten durchgeführt und sein Erfolg hängt von der Expertise von Mineralphysikern und Geodynamikern in Deutschland und Taiwan ab. Zunächst werden wir einzigartige spektroskopische Techniken, die nur an den Gastinstituten zur Verfügung stehen (Raman/Brillouin/TDTR), und ab initio-Simulationen einsetzen, um die thermodynamischen (z.B. Phasendiagramm, Dichte, Liquiduskurve) und Transporteigenschaften (Wärmeleitfähigkeit) von eisigen Phasen im ternären H2O-NH3-NaCl-System zu bestimmen, das stellvertretend für die Chemie der primordialen Ozeane ist. Anschließend werden wir eine Reihe von numerischen Simulationen der thermo-chemischen Konvektion im Regime des stagnierenden Deckels mit StagYY durchführen, um die Entwicklung einer basalen Schicht aus differenziertem Material am Boden einer Wassereisschale zu untersuchen. Darüber hinaus werden wir die Ergebnisse der numerischen Simulationen mit den neuen Daten über Eismaterialien in klassischen parametrisierten Konvektionsmethoden kombinieren, um die radiale Struktur und die thermische Geschichte großer Eismonde, sowie die Dynamik ihrer äußeren Eisschichten zu bestimmen. Ein wichtiges Ergebnis werden radiale Modelle sein, die die geophysikalischen Beobachtungen in nie dagewesener Weise interpretieren können. Die erwarteten Ergebnisse sind daher von entscheidender Bedeutung für die (Neu-)Interpretation der Daten vergangener, aktueller und künftiger Weltraummissionen und für die Festlegung künftiger Erkundungsstrategien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Taiwan
• Partnerorganisation: National Science and Technology Council (NSTC)
• Kooperationspartner: Privatdozent Frédéric Deschamps, Ph.D.; Professor Dr. Wen-Pin Hsieh; Professor Han Hsu