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URN: urn:nbn:de:hbz:38-5446
URL: http://kups.ub.uni-koeln.de/volltexte/2003/544/
Kretschmer, Michael
Schallausbreitung in Kometen-relevantem Material.
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MD5-Checksumme |
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Dokument 1 (4,935 kb) |
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Kurzfassung in deutsch
Kometen stellen eine einzigartige Möglichkeit dar, das Material, aus dem vor ca. 4,5 Milliarden Jahren das Sonnensystem - und damit auch die Erde entstanden ist, zu untersuchen, da sie dieses Material seit damals in grosser Entfernung zur Sonne bei Weltraumkälte konserviert haben. Die ROSETTA-Mission der ESA, benannt nach dem \'Rosetta-Stein\', der die Entschlüsselung der altägyptischen Hieroglyphen ermöglichte, startet im Jahr 2003 zu einem Rendez-vous mit dem Kometen 46P/Wirtanen. Dort wird ein Lander auf der Oberfl"ache des Kometenkerns aufsetzen und zum ersten Mal kometares Material in situ analysieren. U.a. wird dabei das SESAME/CASSE-Instrument erstmalig mittels akustischer Sondierung die Eigenschaften und Strukturen der Kometenmaterie ermitteln. Wie hier gezeigt wird, liefert die Messung der Geschwindigkeiten von Kompressions-, Scher- und Oberflächen-(Rayleigh-)Wellen elastische Material-Parameter wie Poisson-Zahl, Elastizitätsmodul und Bruchfestigkeit. Da man auf der Kometenoberfläche eine poröse Eis-Mineralstaub-Mischung erwartet, wurden dafür repräsentative, poröse, wie granulare Materialien (Sand, Kies, Staub, Eis, Aerogel, etc.) im Labor akustisch untersucht. Die beabsichtigte Messmethode von CASSE konnte verifiziert werden; die Ergebnisse flossen in die Entwicklung des Instruments ein und dienen der Interpretation der in der Mission gelieferten Daten. Im besonderen wurde versucht, einen Zusammenhang zwischen akustisch- und strukturell-mechanischen Größen zu finden. Hierzu wurden verschiedene Modelle zur Schallausbreitung in porösem, bzw. granularen Material vorgestellt, entwickelt und mit den Messergebnissen verglichen. Besonders die Veränderung der Schallgeschwindigkeit in granularem Eis mit der Zeit, d.h. mit wachsender Versinterung, wurde untersucht und dafür ein spezielles Verfahren zur Herstellung monodisperser Eiskugeln entwickelt. Auffällig war bei allen untersuchten porösen Materialien die starke Verlangsamung des Schalls bis auf wenige Prozent der Geschwindigkeit im nicht-porösen Medium. Eine mögliche Erklärung hierfür konnte durch akustische Vielfachstreuung an den Korngrenzen gegeben und mit Hilfe von Computersimulationen nachvollzogen werden.
Kurzfassung in englisch
Comets present the unique opportunity to investigate the material which formed, 4.5 billion years ago, the solar system and the earth. Since that time the material was conserved far away from the sun in the cold of space. The ROSETTA Mission of the European Space Agency (ESA), named after the Rosetta Stone, that enabled the deciphering of the ancient Egyptian writing, will be launched in 2003 to rendez-vous with comet 46P/Wirtanen. In orbit around the comet\'s nucleus the ROSETTA LANDER will descend to the surface to the first ever in situ analysis of the cometary material. SESAME/CASSE, one of several lander instruments, will be the first to investigate properties and structure of the surface and sub-surface material by acoustic sounding. As shown here, the measuring of the velocities of acoustic compressional, shear and surface (Rayleigh) waves provides the elastic properties of the material, as Poisson\'s Ratio, Young\'s Modulus and strength parameters. Since we expect to find a porous ice-dust-mixture on the surface of a comet, some representative porous and granular media, such as sand, mineral dust, ice, aerogel, etc., have been acoustically investigated. The possibility of the acoustic method of CASSE was confirmed, the results influenced the development of the instrument and enable the interpretation of the acquired data to come. Especially the relationship of acoustic and structural mechanic properties was a subject of interest. Several models of the sound propagation process in porous and granular media were introduced, developed and compared to the experimental data. To investigate especially the dependence of the sound velocity on elapsing time, i.e. on the sintering state of granular ice, a method of preparing monodisperse ice spheres was developed. A result of all these measurements was that the sound velocities of porous and granular media are only a fraction of the velocities in the compact materials. A possible explanation could be found in the multiple scattering of acoustic waves by the grain boundaries. This effect was shown in computer simulations.
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Institut: |
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Keine Angabe |
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Fakultät: |
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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät |
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DDC-Sachgruppe: |
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Physik, Astronomie |
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Dokumentart: |
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Dissertation |
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Hauptberichter: |
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keine Angabe |
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Sprache: |
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deutsch |
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Erstellungsjahr: |
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2001 |
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Publikationsdatum: |
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10.06.2003 |
