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Treibhauseffekt in planetaren Eisschichten

Primäres Ziel dieses Projekts ist es, die Auswirkungen des Treibhaus-Effekts in Eis, wie er wahrscheinlich auf verschiedenen mit Eis bedeckten Körpern des Sonnensystems auftritt, zu verstehen. Im Gegensatz zu felsigen Oberflächen, wo die Sonnenstrahlung in einer dünnen Oberflächenschicht von wenigen Mikrometern Dicke absorbiert wird, sind Eisoberflächen teilweise durchlässig für die einfallende Sonnenstrahlung. Die Eindringtiefe der Strahlung hängt vor allem von der Anzahl und Größe der eingelagerten Staub- und Russ-Teilchen ab, welche die Strahlung effektiv absorbieren. Eine weitere Variante ist die Existenz von stark absorbierenden Schichten innerhalb oder unterhalb des Eises. Ähnlich wie beim klassischen Treibhauseffekt in einer Atmosphäre findet eine Erwärmung der Licht absorbierenden Schichten statt, wobei die emittierte Wärmestrahlung nicht unmittelbar entkommen kann, weil die meisten im Sonnensystem vorkommenden Eis-Sorten im IR-Bereich stark absorbieren. Die Absorption unter der Oberfläche führt also zunächst zu einer lokalen Erhöhung der Temperatur. Die hierbei entstehende Wärmeenergie muss über Wärmeleitung entweder in Richtung Oberfläche oder in tiefere Schichten abgeführt werden. Die Bedeutung dieses Effekts für das Verhalten von planetaren Eis-Oberflächen wurde erstmals in einer Arbeit der US-Forscher Brown und Matson (1987) theoretisch untersucht. Die Ergebnisse ihre Modellrechnungen ließen vermuten, dass er für die Energiebilanz an der Oberfläche einiger Monde des Jupiter und anderer Körper des äußeren Sonnensystems von Bedeutung sein könnte. Insbesondere wurde der Treibhauseffekt im Eis auch als mögliche Ursache für aktive Phänomene, etwa kryo-vulkanische Eruptionen auf Eiskörpern wie den Monden des äußeren Sonnensystems und auf Kometenkernen in Betracht gezogen. In den letzen Jahren wurden durch die Raumsonde Galileo eine große Zahl neuer Daten über die Jupitermonde gesammelt. Dies gibt uns heute eine wesentlich breitere Datenbasis als jene die nach dem Vorbeiflug der Voyager-Sonden ab dem Jahr 1979 zur Verfügung stand. Jüngste Beobachtungen der südlichen Polargegend von Mars durch die Sonde Mars Global Surveyor gaben Hinweise auf die Existenz von Regionen, die wahrscheinlich von transparentem CO2-Eis bedeckt sind. Auch in diesen Gebieten dürfte der oben beschriebene Treibhaus-Effekt eine wichtige Rolle für den Energiehaushalt spielen und verursacht möglicherweise eruptive Gasemissionen und Schmelzprozesse unter der Oberfläche. In dem vorliegenden Projekt sollen einige Aspekte des oben beschriebenen Treibhauseffekts in Eis und seine Auswirkungen auf den Energie- und Massenhaushalt untersucht werden. Wir beschränken uns hierbei zunächst auf Körper, deren typischer Temperaturbereich mit der derzeit am Institut für Weltraumforschung vorhandenen Cryo-Vakuum-Anlage (flüssiger Stickstoff als Kühlmittel) hergestellt werden kann. usw.

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