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Planetenentstehung: Forscher simulieren Planetenbildung mit tonnenschweren Felskugeln

Granitkugel am KranLaden...
Als die Planeten heranwuchsen, wenn sich die Bahnen von Asteroiden kreuzen oder wenn Teilchen in den Saturnringen zusammenstoßen – immer wieder kommt es im Sonnensystem zu Kollisionen von metergroßen Gesteinsbrocken. Um diese Prozesse besser zu verstehen, haben Forscher um Daniel Durda vom Southwest Research Institute in Boulder nun über 1000 Kilogramm schwere Kugeln aus Granit zur Kollision gebracht.

Die Kugeln mit einem Durchmesser von einem Meter bewegten sich, hängend an zwei Kränen, mit Relativgeschwindigkeiten von bis zu 1,5 Metern pro Sekunde aufeinander zu. Insgesamt 108 Mal ließen Durda und seine Kollegen die beiden auf diese Weise zusammenstoßen. Videos der Kollisionen verrieten den Forschern dann, dass die Kugeln sich nach dem Aufprall mit durchschnittlich 83 Prozent ihrer ursprünglichen Geschwindigkeit voneinander trennten.

Granitkugeln am HakenLaden...
Granitkugeln am Haken | Diese 1300 Kilogramm schweren Granitkugeln ließen die Forscher in ihrem Experiment aufeinanderprallen.
Das bedeute, dass die Granitkugeln nahezu elastisch stoßen, also kaum Bewegungsenergie verlieren. Nur ein geringer Teil der kinetischen Energie war beim Aufprall in innere Energie – die sich zum Beispiel in Form von Rissen zeigt – umgewandelt worden, so die Wissenschaftler. In den Experimenten zeigte sich aber keine klare Tendenz, wie sich die so genannte Stoßzahl mit der Einschlaggeschwindigkeit verändert. Dieser Parameter gibt das Verhältnis der Geschwindigkeiten vor und nach einem Stoß an und ist damit ein Maß dafür, zu welchen Anteilen ein Stoß elastisch beziehungsweise inelastisch abläuft.

Bisher hatten Laborexperimente mit weitaus kleineren Kollisionspartnern eine Stoßzahl zwischen 0,8 und 0,9 ergeben, wobei 1 einem komplett elastischen und 0 einem komplett inelatischen Stoß entspricht. Diese Werte sind entscheidend für Computersimulationen, die Kollisionen zwischen festen Himmelskörpern im Sonnensystem beschreiben. Bisher sei allerdings unklar, inwieweit sich die Laborergebnisse auf größere Felsbrocken und andere Einschlaggeschwindigkeiten übertragen ließen, so Durda und sein Team.

© Dan Durda, SWRI
Kollision zweier Granitkugeln

Die nun berechnete Stoßzahl von 0,8 liege höher als der bisher häufig in numerischen Modellen angenommene Wert von 0,5. Allerdings entsprächen die glatt geschliffenen und nahezu perfekt sphärischen Kugeln nicht der Realität, und so wollen die Wissenschaftler die Tests mit unregelmäßig geformten Felsbrocken im Zentimetermaßstab wiederholen. Unter diesen realistischeren Bedingungen würde sich der Parameter dem niedrigeren Wert vielleicht annähern. (mp)

6. KW 2011

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 6. KW 2011

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