Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Berner Computersimulation hilft, die Entstehung unseres Sonnensystems besser zu verstehen

14.02.2013
Simulationen verstärken die Aussagekraft von Bild- und Messdaten aus Weltraummissionen: Am Beispiel eines Asteroiden zeigt der Berner Astrophysiker Martin Jutzi, wie Kollisionen mit anderen Himmelskörpern rekonstruiert und sogar die innere Struktur von sogenannten Planetenvorläufern beschrieben werden können. Diese Modellierungen helfen, die Entwicklung unseres Sonnensystems besser zu verstehen. Die Studie erscheint heute als Titelgeschichte im Fachjournal «Nature».
In einer riesigen staubigen Gaswolke ballten sich vor viereinhalb Milliarden Jahren Staubteilchen zu immer grösseren Klumpen zusammen. Diese kollidierten, aggregierten und wuchsen so zu Planeten heran. Zwischen den Planetenbahnen von Mars und Jupiter blieben jedoch hunderttausende kleinere Brocken zurück. Sie bilden seither den sogenannten Asteroidengürtel und haben ihre Zusammensetzung kaum verändert. Asteroiden bergen deshalb unschätzbare Informationen zur Entstehung unseres Sonnensystems.

Einem Asteroid namens Vesta gilt in der Forschung besondere Aufmerksamkeit: Mit seinen rund 500 Kilometern Durchmesser gehört er zu den drei grössten Asteroiden und wird als Protoplanet (Planetenvorläufer) betrachtet. Zudem ist er der einzige bekannte Asteroid, der eine erdähnliche Struktur aufweist – mit einem Kern, einem Mantel und einer Kruste.

Computersimulation rekonstruiert Kollisionen zwischen Asteroiden

Martin Jutzi vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern hat nun mit einer dreidimensionalen Computersimulation präzise rekonstruiert, wie Vesta vor über einer Milliarde Jahre zweimal mit anderen Asteroiden zusammenstiess. So zeigen die Modellierungen, dass der Protoplanet diesen Kollisionen seine elliptische Gestalt verdankt und dass sie auch seine Oberflächenstruktur gezeichnet haben.

Die Simulationen erlauben zudem erstmals detaillierte Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und Eigenschaften des Innenlebens von Vesta. Dies trägt dazu bei, die Entwicklungsgeschichte des Sonnensystems besser zu verstehen. Die Planetenbildung beruht nämlich massgeblich auf Kollisionen zwischen Himmelskörpern. «Unsere Methode ermöglicht besonders aufschlussreiche Auswertungen von Bild- und Messdaten aus Weltraummissionen», sagt Martin Jutzi. Die Studie, die in Zusammenarbeit mit Forschenden der EPFL sowie aus Frankreich und den USA entstand, wird heute von «Nature» als Titelstory präsentiert.

Modellierungen legen Verborgenes frei

Bisher hatten Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble erste Hinweise auf einen riesigen Krater am Südpol des Asteroiden Vesta geliefert. Dann startete 2007 die Sonde «Dawn» der NASA ihre Weltraum- und Zeitreise in die Vergangenheit des Sonnensystems. Ab Sommer 2011 kreiste sie ein Jahr lang auf einer nahen Umlaufbahn um Vesta. Bilder im visuellen Bereich sowie weitere Messdaten lieferten Informationen über die Topografie des Asteroiden sowie über die Zusammensetzung der Mineralien, die an seiner Oberfläche sichtbar sind. Dabei zeigte sich unter anderem, dass die von Hubble beobachtete Vertiefung am Südpol aus zwei teilweise überlappenden Kratern besteht.

Von diesen Informationen ausgehend, zeigen nun die Computersimulationen von Jutzis Team, wie zwei nacheinander erfolgte Einschläge von Himmelskörpern genau zur Bildung der beobachteten überlappenden Kratern führten. Diese überspannen beinahe die ganze südliche Hemisphäre von Vesta. Die Modellierungen zeigen Grösse (66 und 64 Kilometer Durchmesser), Geschwindigkeit (5.4 Kilometer pro Sekunde) und Einschlagwinkel der Körper, die mit Vesta kollidierten. Dies verrät viel über die Art der Objekte, die sich vor einer Milliarde Jahre in der Nähe des Protoplaneten befanden.

Form und Topographie von Vestas südlicher Hemisphäre stimmen zwischen den Schlussbildern der Simulationen und den Bild- und Messdaten der «Dawn»-Mission sehr gut überein. Die Modelle reproduzieren sogar genauestens die spiralförmigen Strukturen im Inneren des jüngsten Kraters, die auf Bildern der «Dawn»-Mission sichtbar sind. «Dies zeigt wie zuverlässig unsere Methode ist», freut sich Jutzi.

Die Forschenden gehen davon aus, dass die Modelle auch Informationen über bisher verborgene Eigenschaften von Vesta liefern. So verraten die Simulationen zum Beispiel, dass das von den Einschlägen ausgeworfene Material aus Tiefen von bis zu 100 Kilometern stammt. «Wir können anhand der Verteilung und Art dieses Materials die verschiedenen inneren Schichten, aus denen Vesta zusammengesetzt ist, präzise rekonstruieren», erläutert Philippe Gillet, Direktor des Earth and Planetary Science Laboratory der EPFL.

«Dass wir nun auch in das Innere solcher Planetenvorläufer blicken können, ermöglicht ganz neue Perspektiven bei der Erforschung der Geschichte unseres Sonnensystems», sagt Jutzi.

Angaben zur Studie:
M. Jutzi, E. Asphaug, P. Gillet, J.-A. Barrat, W. Benz: The structure of the asteroid 4 Vesta as revealed by models of planet-scale collisions, Nature, 14. Februar 2013, in print.

Nathalie Matter | Universität Bern
Weitere Informationen:
http://www.unibe.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
22.06.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Neue Phänomene im magnetischen Nanokosmos
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics