Abtragung einer Stauboberfläche durch Lichteinstrahlung



Das Experiment beschäftigt sich mit  einemneuartigen Mechanismus, der bei Experimenten im Labor entdeckt wurde. Er bewirkt, dass eine staubige Oberfläche durch kontinuierliche Erschütterungen (Eruptionen) langsam abgetragen wird. Diese Eruptionen treten auf, sobald eine dunkle Staubprobe mit genügend intensivem Licht bestrahlt wird. Unter Erdbedingungen reicht dazu schon bereits leicht gebündeltes Sonnenlicht aus.

Die Eruptionen beruhen auf zwei subtilen Einzeleffekten. Zum einen ist dies der so genannte Treibhauseffekt. Er beschreibt, dass bei Sonnenschein die Temperatur im Innenraum eines Gewächshauses hinter den Glasscheiben am höchsten ist. Übertragen auf die Staubproben befindet sich bei Sonnenbestrahlung der wärmste Bereich ebenfalls nicht auf deren Oberfläche, sondern etwas darunter innerhalb des Staubs. Durch den zweiten Effekt, die so genannte Thermophorese, werden die Staubpartikel dann in dem entstehenden Temperaturgefälle von warm nach kalt - also zur Oberfläche hin, bewegt. Dies führt schließlich zu Eruptionen und damit zur Abtragung der Oberfläche. Voraussetzung ist, dass der Gasdruck der Umgebung bei nur wenigen Millibar liegt. Dann ist der Thermophorese-Effekt am Größten.

Im Parabelflug-Experiment wird bei konstantem Druck an verschiedenen Staubsorten gemessen, bei welchen Lichtintensitäten eine Abtragung auftritt, wenn keine oder doppelte Schwerkraft der Anziehung des Lichts entgegenwirkt.

Der hier beschriebene Erosionseffekt könnte erheblich am Staubtransport auf dem Mars beteiligt sein. Hier herrschen dafür ideale Bedingungen. Der Luftdruck auf der Marsoberfläche beträgt weniger als zehn Millibar. Auf der Erde herrschen im Vergleich dazu 1.000 Millibar. Hinzu kommt, dass auf dem Mars zwar keine Schwerelosigkeit, aber doch eine erheblich reduzierte Schwerkraft herrscht. Auf Marsmissionen könnte man den Effekt beispielsweise auch dazu nutzen, um durch einfache Linsen empfindliche Oberflächen von Staub zu reinigen.

Auch in den frühen Phasen der Planetenentstehung sind kleine, aus Staub bestehende Körper in einem dünnen Gas eingebettet und werden zeitweise von ihrem jungen Stern bestrahlt. In einem inneren Bereich um den Stern, bis etwa zur Größe des  Merkur-Orbits, werden solche Körper durch die Erosion zerstört. Dies ist für das Verständnis der Planetenentstehung von Bedeutung.


Kontakt
Prof. Gerhard Wurm
Universität Duisburg-Essen
, Fakultät für Physik
E-Mail: gerhard.wurm@uni-due.de
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