Forschung Aktuell

 Wissenschaftsdienst
Nr. 1, März 2000

TU Berlin Wissenschaftsdienst der TU Berlin
Ausgabe Jg. 1 / Nr. 1 / März 2000

Astrophysik
Das Jupiterphänomen nachgestellt

Die spektakulären Einschläge des Kometen Shoemaker-Levy 9 in die Jupiteratmosphäre im Jahre 1994 faszinierten viele Forscher. Wissenschaftler der Technischen Universität (TU) Berlin haben die physikalischen und chemischen Veränderungen auf dem Ringplaneten nun im Labor nachgestellt und können dadurch auch Rückschlüsse auf dessen Atmosphäre ziehen.

In den Juli-Tagen des Jahres 1994 richteten viele Wissenschaftler und Hobby-Astronomen ihre Bodenteleskope auf den Südhimmel. Sie wurden zum ersten Mal Zeuge einer der spektakulärsten Kollisionen außerirdischer Körper. Das Schauspiel lieferte der Komet Shoemaker-Levy 9, der mit einer Geschwindigkeit von 60 Kilometern pro Sekunde - das entspricht einer 50-fachen Schallgeschwindigkeit - auf den Planeten Jupiter prallte. Die enorme Einschlagsenergie, die dabei entstand, ist nur vergleichbar mit der Explosion mehrerer hundert Nuklearwaffen. Der Aufprall der mehr als 20 Kometenteile erzeugte Feuer- und Gasbälle, die jeder für sich größer waren als unser Planet. Shoemaker-Levy 9 hinterließ auf dem 300 Erdkugeln fassenden Jupiter sichtbare Spuren und verursachte gravierende Veränderungen.

Vor allem die chemischen Abläufe in den durch den Aufprall entstandenen Stoßwellen zu klären und zu diesem Zweck nachzustellen, war das Ziel eines Forschungsprojektes an der Technischen Universität (TU) Berlin. "Wir haben den nachweisbaren Zerfall und die Neubildung von Molekülen, die durch die enormen Aufprallkräfte ausgelöst wurden, im Labor nachvollziehen können”, erläutert der Physiker Dr. Dietrich Ewert das Ergebnis des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten und in Kooperation mit der RWTH Aachen durchgeführten Projektes.

Ausgangswerte lieferte eine Tochtersonde von Galileo, die am 7. Dezember 1995 in die Jupiteratmosphäre eintrat und erstmals die Molekülkonzentration dort messen konnte. Die Ergebnisse der Mission zeigten nach dem Kometeneinschlag das Vorhandensein von mehreren Millionen Tonnen Blausäure.

Die Entstehung dieser Moleküle konnte im Labor simuliert werden. Dabei stellten die Wissenschaftler die thermochemischen Prozesse in einem acht Meter langen Vakuum-Stoßwellenrohr nach. In den Hochdruckbereich des Rohres, der durch eine Aluminium-Membran abgegrenzt war, wurde Helium gepumpt. Der hohe Druck auf das Gas erzeugte schließlich eine Stoßwelle, die mit einer Geschwindigkeit von 1400 bis zu 2400 Metern pro Sekunde die Membran durchbrach und im zweiten Rohrteil, dem Niedrigdruckbereich, auf Ammoniak, Methan und Wasser stieß. Diese Stoffe, die für die Jupiteratmosphäre typisch sind, wurden dabei wie bei dem Kometeneinschlag komprimiert und stark erhitzt. Es kam zu Zertrümmerungen und trotz der hohen Temperaturen zu stabilen Neubildung von Molekülen. Nachgewiesen wurden sie vor allem durch die Messung der ausgestrahlten Mikrowellensignale. Der erfolgreiche Verlauf des Experiments sowie der Nachweis von Blausäure ermöglichten den Forschern nun weitere Aussagen über die Beschaffenheit der Jupiteratmosphäre.

Da die Entstehung von Blausäure während des Experiments in einem "trockenen” Gas stattfand, haben die Berliner Wissenschaftler so auch den Nachweis geliefert, dass in der Jupiteratmosphäre weit weniger Wasser vorhanden ist als zunächst angenommen worden war. Einen endgültigen Beweis dafür lieferte schließlich die Galileo-Sonde.

Die Erforschung solcher Ereignisse wie die Kollision zweier Himmelskörper scheint besonders in der vergangenen Zeit an Bedeutung gewonnen zu haben. Durch verbesserte Beobachtungsmöglichkeiten entdecken Astronomen immer mehr so genannte "Erdbahnkreuzer”. Schon heute sind etwa 800 Asteroiden und Kometen bekannt, die unter bestimmten Konstellationen auch in die Erdatmosphäre einschlagen könnten. US-Forscher schätzen die Zahl der "Erdbahnkreuzer", die größer als ein Kilometer im Durchmesser sind und eine globale Klimaänderung herbeiführen könnten, in einer Veröffentlichung des Wissenschaftsblattes "Nature” auf rund 700. Die Dunkelziffer scheint jedoch doppelt so hoch zu sein.

Datenbank

Ansprechpartner: Dr. Dietrich Ewert und Prof. Dr. rer. nat. Dieter Zimmermann, Institut für Atomare und Analytische Physik, E-Mail: dz@kalium.physik.tu-berlin.de, Tel.: 030/314-25108, Fax: 030/314-23018; Prof. Dr. Erwin Sedlmayr, Technische Universität Berlin, Institut für Astronomie und Astrophysik
Fachgebiet: Astronomie und Astrophysik
Forschungsprojekt: Stoßwellenexperimente zur Simulation des Kometeneinschlags von Shoemaker-Levy 9 auf dem Jupiter und theoretische Modellierung
Finanzierungsträger: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Kontakt: Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin, Tel.: 030/314-23736, E-Mail: sedlmayr@physik.tu-berlin.de

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