12.00-12.30 Uhr

Zwischen Sternenstaub und Wolken, die in der Dunkelheit leuchten

Vortrag für Schülerinnen und Schüler der Klassen 9/10 und 11/12 sowie für Lehrkräfte

Dr. Birte Klug

Habt ihr schon einmal von Wolken in 85 km Höhe gehört, die nach Sonnenuntergang leuchten? Und von kosmischem Staub, der jeden Tag tonnenweise in die Atmosphäre gelangt? Welches Interesse besteht in Bezug auf den Klimawandel, wie können Raketen zu Forschungszwecken eingesetzt werden und wozu braucht man dafür Mathematik?
In den letzten Jahren sind spezielle Wolken, die nur im Juni und Juli in 85 km Höhe auftreten und nur direkt nach Sonnenuntergang sichtbar sind, zunehmend in den Fokus vieler Atmosphärenforscher gerückt, da sie als Frühwarnsystem für Klimaveränderungen dienen können: Sie sind extrem empfindlich für Änderungen in der Temperatur oder im Wasserdampfgehalt und ihr Auftreten hat in den letzten Jahrzehnten zugenommen.
Gleichzeitig ist bekannt, dass täglich tonnenweise kosmische Staubpartikel in die Erdatmosphäre eindringen und sich in 85 km Höhe anreichern.
Was nicht bekannt, aber notwendig ist, um die Auftrittshäufigkeit dieser Wolken zu verstehen, ist die Frage, welche nanometergroßen Aerosole als Kondensationskerne für die Wolkenbildung vorhanden sind. Ist es der Sternenstaub, auf dem sich die Wolkentröpfchen bilden? Wie können wir diese kleinen Aerosole in einer Höhe von 85 km sammeln und physikalisch-chemisch untersuchen, um diese Frage zu beantworten? Wir brauchen einen Raketenflug, um solche Höhen zu erreichen und es muss ein Messgerät entwickelt werden, das die Partikel während des Fluges sammelt. Aufgrund der einzigartigen atmosphärischen Bedingungen ist es kaum möglich, auf experimentelle Untersuchungen zurückzugreifen. Hier kommt nun die Mathematik ins Spiel: auf Basis eines mathematischen und numerischen Modells kann die Strömungsdynamik des Raketenflugs sowie die Dynamik der zu sammelnden Partikel berechnet und simuliert werden. Anschließende Analysen zeigen, dass die Effektivität des entwickelten Partikelsammlers durch numerische Simulationen bestätigt wird. Sollte der Sammelerfolg abschließend auch noch durch den zukünftigen Raketenflug erzielt werden, könnte die Analyse dieser Partikel die Forschungslücke in der oberen Atmosphäre zumindest um ein nanometergroßes Stück schließen.