Streuung und Emission von Licht durch Kometenstaub

• Antragsteller: Dr. Johannes Markkanen
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517146316

Im beantragten Projekt soll ein selbstkonsistentes, auf physikalischen Grundlagen basierendes Modell entwickelt werden, das die Lichtstreuung an und die Emission thermischer Strahlung durch Kometenstaub gleichmaßen beschreibt, um die Aktivität von Kometen besser zu verstehen. Die Modellierung von Lichtstreuung und thermischer Emission durch kosmischen Staub und Eisteilchen mit realistischen Eigenschaften stellt ein bisher nicht gelöstes numerisches Problem dar. Für kleine Teilchen werden wir eine schnelle numerische Lösung der vollständigen Wellengleichung, basierend auf Integralgleichungen, entwickeln. Für große Teilchen werden wir Näherungsmethoden verwenden, um den Strahlungstransfer in dichten Medien zu beschreiben. Die genannten Methoden sollen in ein thermophysikalisches Modell eingebettet werden, um den Effekten von Wärme- und Gastransport, sowie der Sublimation von Eis Rechnung zu tragen. Wir werden die physikalischen Eigenschaften der Staub- und Eisteilchen näher bestimmen, indem wir die Ergebnisse unserer numerischen Simulationen mit Messdaten verschiedener Instrumente auf der Erde und im Weltraum und bei Wellenlängen im sichtbaren und infraroten Licht abgleichen. Durch die gleichzeitige Beschreibung des gestreuten sichtbaren und des thermischen infraroten Lichts mit einem selbstkonsistenten Modell erwarten wir, deutlich aussagekräftigere Ergebnisse bezüglich der Teilcheneigenschaften zu erhalten als es mit Modellen, die nur eine der beiden Komponenten beschreiben, möglich ist. Mit Hilfe von Modellrechnungen zur Staubbewegung werden wir die Auswirkungen von dynamischer Segregation, Sublimation, Fragmentation und Ausrichtung von Teilchen in der Kometenkoma untersuchen. Die Ergebnisse dieser Forschung werden durch die öffentliche Bereitstellung von Hochleistungsrechenwerkzeugen für die synoptische Analyse von Lichtstreuung, -emission und Energiebilanz in den Staubteilchen von großer Bedeutung für die wissenschaftliche Gemeinschaft auf dem Gebiet der Erforschung des Sonnensystems sein. Das Projekt eröffnet neue Möglichkeiten, Daten selbstkonsistent zu analysieren, die mit verschiedenen Instrumenten und mit verschiedenen physikalischen Messprinzipien aufgenommen wurden. Das Projekt wird unser Verständnis von aktiven Körpern im Sonnensystem verbessern. Insbesondere untersuchen wir die Prozesse, die die Staubteilchen und -Eisteilchen verändern, nachdem sie von der Kometenoberfläche abgehoben wurden, und die Abhängigkeit dieser Prozesse vom Sonnenabstand. Dies wird uns helfen, aufgrund von bodengebundenen Beobachtungen die Staubumgebung nahe der Kometenoberfläche sowie die Oberflächeneigenschaften und die aktivitätstreibenden Prozesse zu verstehen. Solches Wissen trägt dazu bei, Modelle von der Entstehung des Sonnensystems zu verfeinern und zukünftige Weltraummissionen zu aktiven Sonnensystemkörpern, wie die "Comet Interceptor"-Mission der ESA, zu planen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen