Ausgasung von H2O- und CO2-Eis und SiO2-Staub Mischungen

Die Mechanismen, die der Staubaktivität von Kometen zugrunde liegen, sind vielfältig betrachtete und dennoch nicht abschließend geklärte Themen des vergangenen und aktuellen wissenschaftlichen Diskurses. SiO2-Staubaggregate, die einen Großteil der Kometen-Oberfläche ausmachen, bilden eine hochporöse Struktur, die nur durch geringe Kräfte zusammengehalten wird. Den Kräften entgegen wirkt der Druck sublimierender Volatile wie Wassereis. Aufgrund der porösen Struktur und der damit verbundenen hohen Gaspermeabilität der Oberfläche ist es derzeit nicht möglich einen ausreichenden Druckaufbau und damit die beobachtete Staubaktivität außerhalb von 3 AE durch sublimierendes Wassereises zu erklären.
Ziel dieser Arbeit war es, den grundlegenden Kenntnisstand über das Sublimationsverhalten kometarer Oberflächen zu erweitern, um so zu einem besseren Verständnis zu der Staubaktivität von Kometen beizutragen. Die folgenden Ziele wurden definiert: (1) Entwicklung und Konstruktion des Experimentalaufbaus. (2) Herleitung der Beziehung zwischen Sensordaten und Sublimationsraten unter Beachtung der Sensoreigenschaften. Evaluation der Beziehung zwischen der Ausgasungsrate und der Temperatur für (3) solide und (4) granulare H2O- und CO2-Eise. (5) Bestimmung der Ausgasungsrate von Mischungen von granularem H2O- und CO2-Eis sowie von SiO2- und H2O-Mischungen in Abhängigkeit der Zeit und der Probentemperatur. (6) Ableitung der Korrelation zwischen der Ausgasungsrate und der Dicke einer, das sublimierende Eis überlagernden, inaktiven Schicht.
Die Ausgasungsraten und Temperaturen der Probenkomponenten wurden kontinuierlich mit Hilfe eines Massenspektrometers und Thermoelementen unter kryogenen Vakuumbedingungen bestimmt und die verfügbare Datendichte bezüglich der Temperaturabhängigkeit der Ausgasungsraten volatiler Eise signifikant erhöht. Es konnte dargestellt werden, dass das Sublimationsverhalten von solidem als auch granularem H2O- und CO2-Eis sehr gut durch die sogenannte Hertz-Knudsen Formel beschrieben wird. Für granulare Gemische konnte gezeigt werden, dass die Ausgasungsrate der aktiven Komponente zusätzlich nur durch die Gaspermeabilität der inaktiven Komponente beeinflusst wird. In den vermessenen Proben wurde eine geringere Gaspermeabilität bestimmt als bisher angenommen.
Die bestimmten Abhängigkeiten der Sublimationsraten und die geringeren Gaspermeabilitäten stellen einen wesentlichen Baustein für zukünftige Berechnungen zur Ursachenklärung kometarer Staubaktivität dar.