Internationale Kometen-Experimente

In den vergangenen Jahren haben einige sehr erfolgreiche Raumfahrtmissionen zu Kometenkernen, sowie Beobachtungen und theoretische Modelle der Kometenaktivität stark dazu beigetragen, die Ausgasung und den damit verbundenen Staubauswurf besser verstehen zu können. Dahingegen ist der Aufbau und die Durchführung von unterstützenden Laborexperimenten nur stockend vorangegangen. Dabei könnten Laborexperimente dazu genutzt werden, eine Vielzahl der bislang ungelösten Rätsel in diesem Zusammenhang zu untersuchen. Bisherige Kometensimulationsexperimente haben sehr interessante Ergebnisse geliefert, haben aber den Nachteil, dass sich das heutige Bild der Kometenaktivität durch die letzten Missionen stark verändert hat. Daher wurden an frühere Laborexperimente andere Voraussetzungen gestellt, als die neuen Ergebnisse zum heutigen Zeitpunkt erfordern. Aus diesem Grund ist es wichtig eine neue Generation von Laborexperimenten aufzubauen, um die gesammelten Daten besser interpretieren und um zukünftige Missionen zu Kometen (oder zu anderen eisigen Körpern im Sonnensystem) besser vorbereiten zu können. Um diese Experimente erfolgsorientiert durchführen zu können, ist ein breites Wissensspektrum erforderlich, welches sich am Besten in einer internationalen Kooperation verschiedener Forschungseinrichtungen realisieren lässt. Das Ziel dieses Antrags ist es, ein besseres Verständnis der Funktionsweise und der fundamentalen Prinzipien der Aktivität von Kometen zu erhalten. Dazu werden relevante Testszenarien im Labor erstellt und dazu genutzt, die physikalischen Prozesse der Kometenaktivität zu untersuchen. Natürlich wird es nicht möglich sein einen ganzen Kometen im Labor nachzubauen, aber einzelne Prozesse können auf diese Weise viel besser isoliert und auf ihren Betrag zum Gesamtsystem untersucht werden. Gleichzeitig sollen neue zeitgemäße Wege dokumentiert werden wie kometares Analogmaterial hergestellt und Testprozeduren für zukünftige Laboranwendungen bzw. auch für neue Raummissionen entworfen werden. Diese Laborexperimente und die begleitenden thermischen Modelle werden durch ein internationales Netzwerk von Wissenschaftlern durchgeführt. Dazu werden sich Experten aus Deutschland (D), Österreich (A) und Schweiz (CH) zusammenschließen und ihr gemeinsamen Wissen, sowie Equipment zum Aufbau der jetzt erforderlichen Laborexperimente nutzen (Antragsstellung im Rahmen des D-A-CH Antragsverfahrens). Diese Kooperation ermöglicht es, durchdachte, gut ausgestattete Laborexperimente bereitzustellen, welche die Bearbeitung verschiedenster Fragestellungen in Bezug auf die Aktivität von Kometen zulassen. Lead agency (D): TU Braunschweig, Germany Dr. Bastian Gundlach Prof. Dr. Jürgen Blum International Kooperationspartner (A-CH): Dr. Günter Kargl, Österreichische Akademie der Wissenschaften Prof. Dr. Nicolas Thomas ,Universität Bern Dr. Holger Sierks, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen

Das DACH Lead Agency Projekt "International Comet Experiment" (Akronym CoPhyLab), ist der Erforschung von Kometen insbesondere der wiederkehrenden Aktivität in Sonnennähe gewidmet. Der gemeinsame Antrag wurde von der TU-Braunschweig als Lead Agency, der Universität Bern und dem Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften gestellt. Es wurde auch das Deutsche Zentrum für Luft-und Raumfahrt (DLR) in Berlin, das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und die Universität Stirling in das Konsortium aufgenommen. Zu einem Späteren Zeitpunkt traten auch noch das QIANXUESEN Laboratory off Space Technology in China, die Open University in UK und das Swedish Institute of Space Physics/IRF Kiruna diesem Konsortium bei. Alle diese zusätzlichen Partner unterstützten das Projekt mit eigenen Mitteln, Personal und Geräten. Die geplanten Experimente zur Untersuchung von physikalischen Vorgängen auf Kometen wurden in drei Kategorien unterteilt. S(mall)-Experimente wurden lokal und typischerweise überwiegend von einem Projektmitglied durchgeführt. M-Experimente wurden von mindestens zwei Mitgliedern organisiert und waren inhaltlich und zeitlich umfangreicher. Die M-Experimente waren auch Vorbereitung für die letzte Kategorie der L-Experimente. Diese L-Experimente wurden ausschließlich am Standort des CoPhyLab Labors in Braunschweig durchgeführt und vom gesamten Konsortium unterstützt. Alle Experimente wurden durch zweiwöchentliche Videokonferenzen koordiniert wo über Vorhaben und Ergebnisse diskutiert wurde. Eine der Hauptaufgaben war der Aufbau des CoPhyLab Labors in Braunschweig. Für diesen Zweck wurde eine extra große Thermal-Vakuum Kammer mit zugehöriger Infrastruktur errichtet. Das IWF Graz war in sehr großen Maß am Design und Aufbau dieser Kammer beteiligt. Es wurden auch Messgeräte und Zubehör (z.B. Sonnensimulator) bereitgestellt. Insgesamt sind an der L-Kammer bis zu 21 Instrumente angebaut die Simultan am gleichen Experiment messen können. Ein weiterer wichtiger Beitrag des IWF war ein Probenmanipulationsroboter der in der Kammer bei Temperaturen von 100 K und Hochvakuum Sensoren und Instrumente um bzw. in eine Probe bringen kann. Für spezielle Experimente kann damit auch gezielt die Experimentprobe manipuliert werden ohne den Versuch zu unterrechen. Solch eine Anlage ist weltweit einzigartig und exklusiv für das CoPhyLab verfügbar. Ein weiterer Schwerpunkt am IWF war die Untersuchung des Gastransportverhalten in granularen Medien wie sie an Kometenoberflächen vorkommen. Dazu wurde in Graz ein eigener Messaufbau geschaffen Damit wurden der Gasfluss in Proben mit Kometenanalogmaterial und Referenzmaterialien im viskosen und Molekularflußbereich untersucht. Weiters wurde in Graz ein Review über historisch verwendeten Kometenanalogmaterialien gemacht. Diese Arbeit wurde dann zusammen mit den anderen Partnern verwendet um ein standardisiertes COPhyLab Material zu erzeugen.