Moonlet-Propeller in Saturns Ringen - 3D-Struktur und das "Grand Finale" der Cassini-Mission

• Antragsteller: Dr. Holger Hoffmann
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 287191650

Die spezielle Beobachtungsgeometrie in den Monaten um Saturns Äquinox im August 2009 enthüllte die sonst nicht beobachtbare vertikale Struktur von Moonlet-Propellern in Saturns Ringen. Aus den Schattenlängen der Propeller lassen sich Höhen von mehreren Hundert Metern ableiten. Diese Höhen resultieren aus stark erhöhten Werten der Geschwindigkeitsdispersion der Ringteilchen in der vertikal angeregten Region des Moonlet-Propellers und sie unterstreichen die Notwendigkeit, die granulare Temperatur des Ringes in Propellermodellen zu berücksichtigen. In diesem Projekt planen wir unser 3D-Propellermodell so zu erweitern, dass auch kleine und mittelgroße Propeller korrekt beschrieben werden. Wir werden N-Teilchen Simulationen von Propellern nutzen, um die Abhängigkeit des Druckes und der Transportkoeffizienten (z.B. der Viskosität und der Wärmekapazität) von der granularen Temperatur und der Massendichte des Ringes zu untersuchen. Mit den Ergebnissen dieser numerischen Experimente werden wir unser Modell der azimutalen Höhenrelaxation des Propellers überarbeiten und den Einfluss diffusiver Prozesse, wie z.B. der Wärmeleitung, auf den Höhenabfall abschätzen. Darüber hinaus werden wir weitere Prozesse untersuchen, die die erreichten Höhen der Propeller beeinflussen: "Vertikales Splashing" in der Propeller-Wakeregion und welche Höhen über dem Ring Regolith-Teilchen erreichen, die in Stößen zwischen größeren Ringteilchen freigesetzt werden und ansonsten adhesiv an diese gebunden sind. Die Resultate werden nicht nur auf Moonlet-Propeller anwendbar sein, sondern könnten auch erklären warum das Objekt S/2009 S1 nicht die typische laterale Propellerstruktur zeigt. Was können wir aus dem Studium der vertikalen Struktur von Propellern über deren laterale Struktur lernen? Wir werden den Einfluss der zum Teil massiv erhöhten Geschwindigkeitsdispersion der Ringteilchen (und somit auch der Viskosität des Ringes) auf die Massendiffusion in die Gap-Region des Propellers untersuchen. Dies wird uns erlauben, die Viskosität des Ringes aus dem azimutalen Verlauf des Propellergaps zu bestimmen. Wir werden auch untersuchen, welchen Einfluss der freigesetzte Regolith auf die Sichtbarkeit des Propellergaps hat, was möglicherweise eine Erklärung dafür liefern könnte, warum der Propeller Bleriot bisher der einzige Propeller mit beobachteten Gaps ist. Die im November 2016 beginnende letzte Phase der Cassini-Mission verspricht Propeller-Beobachtungen mit der höchsten Auflösung seit dem Einschwenken der Raumsonde in das Saturn-System. Die Chance ist groß in diesen letzten Monaten der Mission auch Gaps von weiteren Moonlet-Propellern zu beobachten.Außerdem besteht die Möglichkeit, dass die Kameras der Cassini-Raumsonde zum ersten Mal einzelne Moonlet-Wakes auflösen können.Unser erweitertes Modell wird dann helfen diese hochauflösenden Aufnahmen zu analysieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Frank Spahn, Ph.D.