Rp-Serie Innenansichten Die Universität Duisburg-Essen (ude) Das Universum im Labor
Duisburg · Mit einer wörtlich all-umfassenden Frage beschäftigt sich die Arbeitsgruppe um Experimentalphysiker Prof. Dr. Gerhard Wurm an der Fakultät für Physik der Universität Duisburg-Essen: Wie entstehen Planeten?
Dass der Ursprung jedes Planeten in einem Nebel aus Gas und Mineralstaub liegt, darin sind sich die Wissenschaftler einig. Auch darin, dass die sich bewegenden mikrometergroßen Teilchen kollidieren und sich so allmählich zu zentimetergroßen Klumpen verbinden. Doch dann wird es schon schwieriger: Treffen gleichgroße Staubbrocken aufeinander, prallen sie bei geringer Geschwindigkeit voneinander ab, bei großer Geschwindigkeit wiederum können sie explodieren. Es müssen bestimmte Bedingungen herrschen, damit sie zusammenwachsen können. Welche dies sind, erforscht Prof. Dr. Gerhard Wurm in einem 13-köpfigen Team, bestehend aus Wissenschaftlern, Doktoranden der Physik, einem Ingenieur und einer Assistentin.
Über der Arbeitsgruppe auf dem Dach des Gebäudes steht ein 35 Zentimeter großes Spiegelteleskop - für die Studenten im Fortgeschrittenen-Praktikum. Sie können dort einen optischen Eindruck von Sternen, ihren Planeten, aber vor allem von planetaren Nebeln bekommen und lernen, Bilder davon zu prozessieren. "Für ein Bild müssen sie jede Menge Aufnahmen machen. Jeweils gut zehn Minuten belichtet", erläutert Prof. Dr. Wurm, "die Aufnahmen werden zu einem Bild übereinander gelegt und gefärbt".
Der Planetenentstehung hingegen nähert sich die Arbeitsgruppe nicht an, indem sie ins All blickt. Sie holt das Universum in ihre irdischen Labore. Die Staub-Kollisionen zum Beispiel stellt die Arbeitsgruppe in Behältnissen mit bestimmter Atmosphäre nach. Und bei Experimentalphysikern kann es da auch schon mal abenteuerlich werden: "Wir schießen das Zeug mit einer Armbrust aufeinander", erklärt der Leiter der Arbeitsgruppe. Damit lassen sich die Basalt- oder Quarzkügelchen auf bis zu 100 Meter in der Sekunde, also auf 360 Stundenkilometer beschleunigen. Highspeed-Kameras, die 1000 Bilder in der Sekunde aufnehmen, halten die Reaktionen fest.
Auf die Geschwindigkeit und Größe der Staubteilchen komme es an: "Wirft man einen Schneeball fest genug gegen eine Hauswand, spritzt viel zu den Seiten weg, aber es bleibt auch etwas hängen", so sein Vergleich. Momentan arbeiten sie im Dezimeterbereich, "was schon mal eine Sauerei sein kann", sagt er.
Doch nicht alle Experimente spielen sich im Labor ab, für manche benötigen die Physiker die Schwerelosigkeit - durch den freien Fall oder einen Parabelflug, an dem die abenteuerlustigen Wissenschaftler ihre Freude haben. "Mit unserer Forschung füllen wir Parameterräume, die dann bei Computersimulationen eingesetzt werden", erklärt Wurm. Das macht wiederum eine andere Arbeitsgruppe.
Doch für Wurm ist das gesamte Forschungsfeld spannend, "bedenkt man, dass bereits rund 2000 Exoplaneten entdeckt wurden". Für die erdähnlichen wie den Mars interessiert er sich besonders und erforscht an der Uni Duisburg-Essen seine staubige Oberfläche, beziehungsweise die Bedingungen dafür, dass es dort besonders oft und leicht zu Staubstürmen kommt. Herausgefunden hat er bereits, dass der dort herrschende Druck von sechs Millibar, einem Hundertstel des Drucks in der Erdatmosphäre, das Abheben der Staubteilchen durch Wind begünstigt. Eine weitere wichtige Rolle spielt das Licht, das sie nach dem Prinzip einer Lichtmühle zusätzlich in Bewegung versetzt. Auch dieses Prinzip ahmt Wurm im Labor nach: Durch Rohre kann er verschiedene Gase leiten, die über eine Vulkanstaub-bedeckte Metallplatte strömen. Dazu schaltet er das Licht eines Lasers in verschiedenen Intensitäten und beobachtet mittels Kamera, wann die Staubpartikel abheben und wie sie sich bewegen. Sein nächstes Mars-Experiment wird in Bremen, im freien Fall stattfinden, bei dem er mehr über den Gasfluss innerhalb der Staubteilchen erfahren will. Jedes dieser Experimente und die daraus gewonnenen Ergebnisse dienen dazu, das Bild, das wir uns vom Universum machen, zu vervollständigen und es immer ein Stück weit besser zu verstehen.
