Planeten und Weltraum

Geowissenschaften jenseits der Erde

Von den staubigen Ebenen des Mars bis zur geheimnisvollen Vergangenheit unseres eigenen Mondes enthüllen planetologische Forschungen faszinierende Einblicke in die Entstehung, Entwicklung und potenzielle Bewohnbarkeit anderer Welten.

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Unsere Forschung im Bereich der Planetengeowissenschaften erweitert die Grenzen der Geowissenschaften und befasst sich mit grundlegenden Fragen zur Entstehung, Entwicklung und potenziellen Bewohnbarkeit von Himmelskörpern im Sonnensystem und darüber hinaus. Ein Schwerpunkt liegt auf der Erforschung von Exoplaneten, wobei wir untersuchen, wie vulkanische Aktivität und Entgasung deren Atmosphären und Klima beeinflussen. Die vulkanische Emission von Gasen aus Magma, wie CO₂, H₂O und SO₂, spielt eine zentrale Rolle bei der Gestaltung der planetarischen Atmosphären und hat maßgeblich zur Entwicklung der Erdatmosphäre und des Klimas beigetragen, wodurch sowohl die Bewohnbarkeit als auch geologische Prozesse beeinflusst wurden. Durch die experimentelle Untersuchung des Verhaltens flüchtiger Gase in Magma unter den außergewöhnlichen Bedingungen, die auf Exoplaneten herrschen, gewinnen wir wichtige Erkenntnisse über deren Potenzial für die Entstehung von Leben und ihre geologische Entwicklung. Das Verständnis dieser Prozesse auf der Erde verbessert unsere Modelle der Exoplanetenatmosphären und leitet die Suche nach bewohnbaren Welten außerhalb unseres Sonnensystems. Darüber hinaus trägt unsere Arbeit zum Verständnis der planetarischen Differenzierung und der physikalischen Eigenschaften des Planeteninneren durch fortschrittliche seismologische und labortechnische Methoden bei, einschließlich der Erforschung, wie sich elektrische Phänomene wie vulkanische Blitze in staubigen Planetenumgebungen manifestieren könnten.

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Die Schaffung einer nachhaltigen menschlichen Präsenz außerhalb der Erde erfordert die Bewältigung erheblicher technischer und materieller Herausforderungen, denen wir uns im Rahmen unserer Forschung zu Weltraumhabitaten widmen. Dabei konzentrieren wir uns auf die Entwicklung von Habitaten und neuartigen technischen Verfahren für Weltraumumgebungen wie den Mond. Zu den untersuchten Lösungen gehört das Sintern, bei dem Mondbodenpartikel (Regolith) erhitzt und verschmolzen werden, um starke, dauerhafte Feststoffe für Strukturen auf dem Mond zu bilden. Die Entwicklung solcher Lösungen ist der Schlüssel zur Bewältigung der logistischen Herausforderungen der Weltraumforschung. Sie ermöglicht die Schaffung autarker Lebensräume, die extremen Temperaturen, Mikrometeoriteneinschlägen und Sonnenstrahlung standhalten können. Die Sinterverfahren müssen auf die lokalen Regolith-Eigenschaften zugeschnitten sein, und wir testen experimentell die Eigenschaften verschiedener Mondmaterialien, um diese zukünftigen Materialien präzise zu entwickeln. Diese praktischen Anwendungen basieren auf der Grundlagenforschung zu Einschlagskratern, die wir als einen grundlegenden geologischen Prozess zur Formung der Oberfläche von Planetenkörpern betrachten. Die Analyse von Schockeffekten – Mikrostrukturen, die sich beim Aufprall von Asteroiden auf Zielgestein bilden – liefert einzigartige Informationen über die hochdynamischen Prozesse und Bedingungen während der Kraterbildung.

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Das Engagement der Abteilung für die Weltraumforschung zeigt sich auch in der detaillierten Analyse außerirdischer Materialien und der Entwicklung hochentwickelter Sensor- und Überwachungstechniken. Unsere Wissenschaftler untersuchen Mars- und Mondmeteoriten und nutzen diese, um die geochemische Geschichte anderer Planetenkörper zu entschlüsseln. Fortschrittliche Analysetechniken wie die Raman-Spektroskopie werden nicht nur auf diese planetarischen Materialien angewendet, sondern auch zu Spektraldatenbanken weiterentwickelt, die für die Weiterentwicklung der Geomaterialforschung und zukünftige Fernerkundungsmissionen zur Identifizierung von Mineralien und Gesteinen auf Planetenoberflächen unerlässlich sind. Unsere Expertise erstreckt sich auch auf Weltraumgefahren, da wir uns auf die Vorhersage des Weltraumwetters (der Weltraumplasmaumgebung) mithilfe von maschinellem Lernen und Hochleistungssimulationen konzentrieren. Diese Forschung ist entscheidend für den Schutz von Satelliten, Navigationssystemen und bemannten Weltraumerkundungsmissionen, um sicherzustellen, dass unsere Erkenntnisse praktisch sind und zur Sicherheit und zum Erfolg von Missionen zum Mars und darüber hinaus beitragen.

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Die Erkundung oberflächennaher Strukturen auf Planeten, v.a. Mond und Mars, wird für die nächsten Schritte der Raumfahrt eine extrem große Rolle spielen. Es geht zum Beispiel darum, auf dem Mond eishaltige Gesteine ausfindig zu machen, aus denen man Wasser und damit Sauerstoff und Wasserstoff extrahieren kann. Um sichere, bemannte Raumstationen auf dem Mond zu etablieren ist man auf der Suche nach unterirdischen Hohlräumen (ehemalige Lavaröhren), in denen man sich vor dem ungebremsten Meteoriteneinschlag schützen kann. Zur Erforschung der oberflächennahen Struktur entwickeln Wissenschaftler unseres Departments in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrttechnik (DLR) Strategien, mit autonomen Robotern seismische Experimente auf planetaren Objekten durchzuführen. Diese Konzepte konnten bereits in der LUNA Halle Köln, in der ein Stück Mondoberfläche mit dem extrem feinen Rhegolith nachgebilted wurde, getestet werden.