Oberflächenreaktivität von Silikaten auf atomarer Ebene

Der interstellare Raum ist nicht ganz leer: Zwischen den Sternen und Planeten schwirren Wolken von Molekülen und Staubkörnern. Diese Staubkörner bestehen meist aus Silikaten, kohlenstoffhaltigen Materialien oder aus ausgefrorenem Wasser-, Kohlendioxid- und Ammoniakeis. Neue Planeten entstehen, indem sich diese interstellaren Staubkörner allmählich immer mehr zusammenklumpen -- so war es auch vor vielen Jahren mit unserer Erde. Während dies geschieht, finden auf den Oberflächen der Staubkörner verschiedenste chemische Reaktionen statt, die den entstehenden Planeten maßgeblich prägen. Um diese Oberflächenreaktionen auf interstellaren Körnern und derzeit ungelöste, grundlegende Fragen geht es in diesem Projekt. Die Forschung zielt darauf ab, einige dieser Fragen zu beantworten, und fokusiert sich dabei vor allem auf Silikate: (i) Wie bilden sich Moleküle im Weltraum, und welche Rolle spielen Silikatoberflächen bei diesen Reaktionen? (ii) Wie wurde Wasser auf die Erde gebracht? Haben Silikate während der frühen Entstehungsphasen der Erde Wasser aufgenommen? (iii) Wie bildet sich die Atmosphäre von Exoplaneten? Wie kommt es zur Eisbildung auf Silikatstaubpartikeln in solchen Atmosphären? Traditionellerweise versucht man, solche Fragen durch eine Kombination von astronomischen Beobachtungen und hochentwickelten Modellierungsverfahren zu beantworten. Einen alternativen Ansatz dazu bietet die sogenannte "Labor-Astrochemie". Dabei werden die extremen Bedingungen, die im Weltraum vorherrschen (Temperaturen unter -170 C und sehr niedriger Gasdruck) im Labor experimentell nachgestellt. Damit können Oberflächenreaktionen in einer kontrollierten Umgebung untersucht und ein tiefergehendes Verständnis entwickelt werden. Im Labor wird durch den Einsatz modernster Techniken ein atomares Verständnis der Oberflächenstruktur interstellarer Silikate und der auf ihnen ablaufenden Reaktionen gewonnen. Dies wiederum gibt wertvolle Einblicke in die komplexeren Prozesse, die mit astronomischen Instrumenten detektiert werden. Die Forschung liegt somit an der Schnittstelle zwischen Oberflächenphysik, Mineralogie, Atmosphärenphysik und Astronomie. Diese neue Herangehensweise eröffnet die Möglichkeit, Fragestellungen auf einer sehr grundlegenden Ebene zu untersuchen. Die zu erwartenden Ergebnisse könnten nicht nur dazu beitragen, vorherrschende Theorien über kritische Gas-Silikat- Reaktionen im interstellaren Raum zu testen, sondern auch generell das Verständnis von Silikatoberflächen zu verbessern.