7. Januar 2025 – Im Jahr 1655 entdeckt der niederländische Astronom Christiaan Huygens mit seinem selbstgebauten Teleskop einen Lichtpunkt, der den Planeten Saturn in 16 Tagen einmal umrundet. Er wird später Titan getauft. Es dauerte mehrere Jahrhunderte, bis klar wurde, was der zweitgrößte Mond des Sonnensystems verbirgt: Erst Raumsonden lieferten Details seiner umwölkten Atmosphäre und sogar erste Fotos seiner rätselhaften Oberfläche. Gerade bereitet die NASA eine neue Forschungsreise zu ihm vor.

Karl erzählt in dieser Folge, warum der Titan so besonders ist. Zwar ist es auf ihm mit durchschnittlich -179 °C bestialisch kalt. Doch gleichzeitig gluckern auf ihm Flüsse aus flüssigem Methan, Ethan und Stickstoff. Sie graben tiefe Täler und speisen gigantische Seen. Aus der Atmosphäre, die deutlich dichter und massiver als die Erdatmosphäre ist, rieseln währenddessen organische Moleküle. Es scheinen die wichtigsten Zutaten beisammen zu sein, um auf Titan eine Form von Leben entstehen zu lassen.

Nach der Marssonde Ingeniuity ist Dragonfly erst der zweite Versuch der NASA, in einer außerirdischen Atmosphäre mit einem Helikopter zu fliegen. Doch anders als die dünne Luft auf dem Mars ist der Titan bestens dafür geeignet: Die Anziehungskraft ist gering, während die Luft auf dem Saturnmond dichter als die der Erde ist und dadurch starken Auftrieb verleiht. Die Forschungssonde kann deshalb eine Radionuklidbatterie und sogar ein Massenspektrometer transportieren, um in einer mehrjährigen Mission dem möglichen fremden Leben auf die Schliche zu kommen.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist ein Podcast der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• AstroGeo Podcast
• Saturnmond Titan

Der Beitrag AstroGeo Podcast: Saturnmond Titan – lebt da etwas? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 6. Juni 2024.

6. Juni 2024 – Die Ergebnisse zeigen die bislang reichhaltigste chemische Zusammensetzung aus Kohlenwasserstoffen in einer protoplanetaren Scheibe, einschließlich des ersten Nachweises von Ethan außerhalb des Sonnensystems und einer relativ geringen Häufigkeit von sauerstoffhaltigen Verbindungen.

Zusammen mit früheren Entdeckungen ergibt sich ein Trend, dass sich die Scheiben um sehr massearme Sterne chemisch von denen um massereichere Sterne wie die Sonne unterscheiden, was sich auf die Atmosphären der dort entstehenden Planeten auswirkt.

Planeten entstehen in Scheiben aus Gas und Staub, die junge Sterne umgeben. Der MIRI Mid-INfrared Disk Survey (MINDS) unter der Leitung von Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg verfolgt das Ziel, eine repräsentative Stichprobe von Scheiben zu erstellen. Durch die Erforschung ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften mit MIRI (Mid INfrared Instrument) an Bord des Weltraumteleskops James Webb (JWST) stellt die Gruppe eine Verbindung zwischen diesen Scheiben und den Eigenschaften der Planeten her, die sich dort möglicherweise bilden. In einer neuen Studie untersuchte ein Forschungsteam die Umgebung eines sehr massearmen Sterns von 0,11 Sonnenmassen (bekannt als ISO-ChaI 147), dessen Ergebnisse in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden.

JWST ermöglicht neue Einblicke in die chemische Zusammensetzung planetenbildender Scheiben
„Diese Beobachtungen sind von der Erde aus nicht möglich, da die relevanten Gasemissionen durch die Atmosphäre abgeschirmt werden“, erklärt Hauptautorin Aditya Arabhavi von der Universität Groningen in den Niederlanden. „Bisher konnten wir von diesem Objekt nur die Strahlung von Ethin-Molekülen (C₂H₂) nachweisen. Die höhere Empfindlichkeit von JWST und die spektrale Auflösung seiner Instrumente ermöglichten es uns jedoch, schwache Signale von weniger häufig vorkommenden Molekülen zu erkennen.“

Die MINDS-Gruppe fand Gas mit Temperaturen um 300 Kelvin (ca. 30 Grad Celsius), das stark mit kohlenstoffhaltigen Molekülen angereichert ist, aber keine sauerstoffreichen Stoffe enthält. „Das unterscheidet sich grundlegend von der Zusammensetzung, die wir in Scheiben um sonnenähnliche Sterne sehen, wo sauerstoffhaltige Moleküle wie Wasser und Kohlendioxid dominieren“, fügt Inga Kamp von der Universität Groningen hinzu.

Ein eindrucksvolles Beispiel für eine sauerstoffreiche Scheibe ist die von PDS 70, wo das MINDS-Programm kürzlich große Mengen an Wasserdampf gefunden hat. Aus früheren Beobachtungen schließen die Astronominnen und Astronomen, dass sich Scheiben um sehr massearme Sterne anders entwickeln als solche um massereichere Sterne wie die Sonne, was sich möglicherweise auf das Aufspüren von Gesteinsplaneten mit erdähnlichen Eigenschaften auswirkt. Da die Umgebungen in solchen Scheiben die Bedingungen für die Bildung neuer Planeten vorgeben, könnte ein solcher Planet zwar aus Gestein sein, sich aber in anderen Aspekten von der Erde deutlich unterscheiden.

Was bedeutet das für Gesteinsplaneten, die sehr massearme Sterne umkreisen?
Die Menge des Materials und seine Verteilung innerhalb dieser Scheiben begrenzt die Anzahl und Größe der Planeten, die die Scheibe mit dem notwendigen Material versorgen kann. Folglich deuten Beobachtungen darauf hin, dass sich in den Scheiben um sehr massearme Sterne, den häufigsten Sternen im Universum, Gesteinsplaneten mit erdähnlichen Größen effizienter bilden als jupiterähnliche Gasriesen. Daher beherbergen die masseärmsten Sterne bei Weitem die meisten terrestrischen Planeten.

„Die ursprünglichen Atmosphären dieser Planeten werden wahrscheinlich von Kohlenwasserstoffverbindungen dominiert und nicht so sehr von sauerstoffreichen Gasen wie Wasserdampf und Kohlendioxid“, so Thomas Henning. „Wir haben in einer früheren Studie gezeigt, dass der Transport von kohlenstoffreichem Gas in die Zone, in der sich normalerweise Gesteinsplaneten bilden, in diesen Scheiben schneller und effizienter erfolgt als in denen massereicherer Sterne.“

Obwohl es klar zu sein scheint, dass Scheiben um sehr massearme Sterne mehr Kohlenstoff als Sauerstoff enthalten, ist der Mechanismus, der zu diesem Ungleichgewicht führt, noch unbekannt. Die Zusammensetzung der Scheibe ist entweder das Ergebnis einer Anreicherung von Kohlenstoff oder einer Verarmung von Sauerstoff. Wenn der Kohlenstoff angereichert ist, liegt die Ursache wahrscheinlich in festen Partikeln in der Scheibe, deren Kohlenstoff verdampft und in die gasförmige Komponente der Scheibe freigesetzt wird. Die Staubkörner, die ihren ursprünglichen Kohlenstoff verloren haben, bilden schließlich feste Planetenkörper. Diese Planeten wären kohlenstoffarm, genau wie die Erde. Dennoch würde die auf Kohlenstoff basierende Chemie wahrscheinlich zumindest ihre ursprünglichen Atmosphären dominieren, die durch Scheibengas gespeist werden. Daher bieten Sterne mit sehr geringer Masse möglicherweise nicht die besten Voraussetzungen, um erdähnliche Planeten zu finden.

JWST entdeckt eine Fülle von organischen Molekülen
Um die Gase der Scheibe zu identifizieren, nutzte das Team den MIRI-Spektrografen, um die von der Scheibe empfangene Infrarotstrahlung in Signaturen kleiner Wellenlängenbereiche zu zerlegen – ähnlich wie sich das Sonnenlicht in einem Regenbogen aufspaltet. Auf diese Weise arbeitete das Team eine Fülle von Spuren heraus, die einzelnen Molekülen zugeordnet werden können.

Das Ergebnis ist, dass die beobachtete Scheibe die reichhaltigste Kohlenwasserstoffchemie enthält, die bisher in einer protoplanetaren Scheibe beobachtet wurde, bestehend aus 13 kohlenstoffhaltigen Molekülen bis zu Benzol (C₆H₆). Darunter befindet sich auch der erste Nachweis von extrasolarem Ethan (C₂H₆), dem größten vollständig gesättigten Kohlenwasserstoff, der außerhalb des Sonnensystems entdeckt wurde. Außerdem gelang es dem Team, Ethen (C₂H₄), Propin (C₃H₄) und das Methylradikal CH₃ zum ersten Mal in einer protoplanetaren Scheibe nachzuweisen. Dagegen zeigten die Daten keinen Hinweis auf Wasser oder Kohlenmonoxid in der Scheibe.

Den Blick auf Scheiben um sehr massearme Sterne schärfen
Als Nächstes will das Wissenschaftsteam seine Studie auf eine größere Stichprobe solcher Scheiben um sehr massearme Sterne ausweiten, um besser zu verstehen, wie häufig solche exotischen, kohlenstoffreichen Regionen sind, in denen sich terrestrische Planeten bilden. „Durch die Ausweitung unserer Studie werden wir besser verstehen, wie sich diese Moleküle bilden können“, erklärt Thomas Henning. „Zudem finden wir in den Webb-Daten mehrere Merkmale, die wir bislang keinen chemischen Verbindungen zuordnen können. Daher ist zusätzliche Spektroskopie erforderlich, um unsere Beobachtungen vollständig zu verstehen.“

Hintergrundinformationen
Die Studie wurde im Rahmen des ERC Advanced Grant „Origins – From Planet-Forming Disks to Giant Planets“ finanziert (Grant ID: 832428, Forschungsleiter: Thomas Henning, DOI: 10.3030/832428).

Die an dieser Studie beteiligte Forschungsteam des MPIA besteht aus Thomas Henning, Matthias Samland, Giulia Perotti, Jeroen Bouwman, Silvia Scheithauer, Riccardo Franceschi, Jürgen Schreiber und Kamber Schwartz.

Weitere Forschende sind Aditya Arabhavi (Universität Groningen, Niederlande [Groningen]), Inga Kamp (Groningen), Ewine van Dishoeck (Universität Leiden, Niederlande und Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Deutschland), Valentin Christiaens (Universität Lüttich, Belgien) und Agnes Perrin (Laboratoire de Météorologie Dynamique/IPSL CNRS, Palaiseau, Frankreich)

Das MIRI-Konsortium besteht aus den ESA-Mitgliedstaaten Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Irland, den Niederlanden, Spanien, Schweden, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich. Die nationalen Wissenschaftsorganisationen finanzieren die Arbeit des Konsortiums – in Deutschland die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die beteiligten deutschen Institutionen sind das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, die Universität Köln und die Hensoldt AG in Oberkochen, ehemals Carl Zeiss Optronics.

Das JWST ist das weltweit führende weltraumgestützte wissenschaftliche Observatorium. Es ist ein internationales Programm, das von der NASA gemeinsam mit ihren Partnern, der ESA (Europäische Weltraumorganisation) und der CSA (Kanadische Weltraumorganisation), geleitet wird.

Originalpublikation:
A. M. Arabhavi, I. Kamp, Th. Henning, E. F. van Dishoeck, V. Christiaens, et al. “Abundant hydrocarbons in the disk around a very-low-mass star”, Science (2024)
dx.doi.org/10.1126/science.adi8147
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi8147

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planetenentstehung

Der Beitrag MPIA: Planetenbildende Scheiben um sehr massearme Sterne sind anders erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR 27. Juli 2023.

27. Juli 2023 – Weltweit wird an umweltfreundlichen Alternativen zum Hydrazin (N₂H₄) geforscht, das als Treibstoff für Satellitentriebwerke in der Raumfahrt eingesetzt wird. Zwei vielversprechende Produkte aus dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sollen nun in den Weltraum und gleichzeitig auf den Markt gebracht werden. Dr. Lukas Werling und Felix Lauck aus dem DLR-Institut für Raumfahrtantriebe in Lampoldshausen gründen dazu das Start-up InSpacePropulsion Technologies.

Die beiden Wissenschaftler forschen seit vielen Jahren im DLR an fortschrittlichen Raketentreibstoffen. „Dabei wurde der Bedarf des Raumfahrtmarktes an kostengünstigen und trotzdem zuverlässigen Antriebslösungen immer offensichtlicher. Das gilt gerade auch für den New-Space-Bereich, in dem der Einsatz des teuren und giftigen Hydrazins oft gar nicht denkbar ist“, sagt Felix Lauck, einer der beiden Gründer der InSpacePropulsion Technologies GmbH i.G. (in Gründung). „New Space“ bezeichnet die Kommerzialisierung der Raumfahrt und ihre enge Verbindung mit der Wirtschaft.

HyNOx, eine der beiden entwickelten Antriebstechnologien, hat eine vergleichsweise hohe Leistung, ist sicher in der Handhabung und kostengünstig. Bei der zweiten Technologie handelt es sich um eine selbstzündende Treibstoffkombination mit dem Namen HIP_11, die vom DLR patentiert wurde. Beide Entwicklungen ergänzen sich: „HyNOx eignet sich für kleine und leichte Satelliten oder Raumfahrzeuge. HIP_11 hingegen bietet Vorteile bei größeren und schwereren Raumfahrzeugen“, erklärt InSpacePropulsion-Technologies-Gründer Dr. Lukas Werling.

Triebwerke für HyNOx-Treibstoffe aus dem 3D-Drucker
HyNOx ist ein Zweikomponententreibstoff und besteht aus Lachgas (N₂O) und Ethan (C₂H₆). Die Komponenten sind weltweit gut verfügbar. Zusätzlich werden die passenden Triebwerke im 3D-Druck Verfahren hergestellt, was Kosten reduziert und kurze Herstellungszeiten ermöglicht. HyNOx Treibstoffe wurden beim DLR sowohl als vorgemischter Einkomponenten-Treibstoff, als auch als klassischer Zweikomponententreibstoff erprobt. „In inzwischen mehreren tausend Heißläufen am Prüfstandskomplex M11 in Lampoldshausen zeigte sich das Potenzial des Treibstoffs. Die Ausgründung fokussiert sich dabei auf die Anwendung von HyNOx als Zweikomponententreibstoff“, sagt Lukas Werling. Die Basis für die Entwicklungen bilden zahlreiche DLR-interne sowie von der ESA geförderte Projekte.

In den letzten Monaten haben die Forschenden HyNOx-Triebwerke mit unterschiedlichen Schubklassen getestet. Ihr Start-up treibt nun die Weiterentwicklung und die anschließende Demonstration der Technologie im All voran.

HIP_11 – selbstzündend und leistungsstark
Den Treibstoff „HIP_11“ (Hypergolic Ionic Propellant developed at M11) hat Felix Lauck im Rahmen seiner Doktorarbeit entwickelt. Versuche verliefen erfolgreich, zusätzlich wurde der Treibstoff patentiert. „Eine Komponente von HIP_11 ist konzentriertes Wasserstoffperoxid, ein leistungsstarker und gut zu handhabender Oxidator. Bei der zweiten Komponente handelt es sich um ein Salz, das eine sehr geringe Schmelztemperatur aufweist und damit bei Raumtemperatur flüssig ist. Sobald dieses Salz mit Wasserstoffperoxid in Kontakt ist, reagieren die Stoffe miteinander und es kommt zur Zündung“, erklärt Felix Lauck. Diese selbstzündende Eigenschaft heißt „hypergol“. Die hypergole Zündung ist sehr zuverlässig. Selbstzündende Treibstoffe auf Hydrazin-Basis werden für viele Raumfahrt-Antriebe eingesetzt. „Bei HIP_11 handelt es sich nun um einen alternativen Treibstoff, der eine vergleichbare Leistung wie konventionelle Treibstoffe bietet. Er ist jedoch viel einfacher zu handhaben. Auch das reduziert die Kosten von HIP_11-Antrieben gegenüber konventionellen Technologien deutlich“, ergänzt Felix Lauck.

Der Weg zur Ausgründung
Die beiden InSpacePropulsion-Technologies-Gründer möchten mit ihren im DLR entwickelten Technologien eine kostengünstige und nachhaltige Raumfahrt voranbringen. Bereits kurz nach dem Start ihres Ausgründungsprojekts erhielten Felix Lauck und Lukas Werling die ersten Absichtserklärungen (sogenannte Letters of Intent) der Industrie. „Die Technologien stoßen auf großes Interesse“, sagt Lukas Werling. Auch mit dem DLR wird eine starke und langfristige Kooperation angestrebt. Schon im kommenden Jahr sollen die Triebwerke und Systeme im All erprobt werden.

Während der Gründungsphase werden die beiden Wissenschaftler vom DLR-Technologietransfer und von der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt. „Diese Ausgründung ist ein Beispiel dafür, wie wichtig und am Ende eben auch erfolgreich die professionelle und systematische Unterstützung von Ausgründungen im DLR ist. Wir begleiten die Gründungen von der ersten Idee, über die Marktsondierung, die Entwicklung von Produkt-Prototypen, Schulungen in Marketing und Vertrieb, Finanzierungsberatung und vielem mehr und machen sie so für den Markt fit. So bringen wir Forschungsergebnisse in die Anwendung, erzeugen Wertschöpfung und schaffen hochkarätige Arbeitsplätze“, erklärt Prof. Karsten Lemmer, Mitglied des DLR-Vorstands und verantwortlich für Innovation, Transfer und wissenschaftliche Infrastrukturen.

Die Forschung geht weiter
Das DLR-Institut für Raumfahrtantriebe, an dem die Gründer angestellt sind, forscht weiter an fortschrittlichen Treibstoffen. In der Abteilung Satelliten- und Orbitalantriebe arbeiten die Forschenden insbesondere an neuen Treibstoffmischungen und darauf abgestimmten Antriebssystemen. Auch ihr Ziel ist es, die Luft- und Raumfahrt nachhaltiger, einfacher, günstiger und sicherer zu machen.

Satelliten spielen im Alltag eine wichtige Rolle: Sie sind unter anderem Grundlage für die Erforschung und Überwachung des Klimawandels, aber auch für Anwendungen in der modernen Landwirtschaft sowie im Katastrophenschutz und in der Kommunikation und Navigation.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• InSpacePropulsion Technologies

Der Beitrag DLR-Wissenschaftler gründen Start-up InSpacePropulsion Technologies erschien zuerst auf Raumfahrer.net.