Laser Light Sheet: Verfolgung von Kraterauswurf nach Hochgeschwindigkeitseinschlägen

Laser Light Sheet: Verfolgung von Kraterauswurf nach Hochgeschwindigkeitseinschlägen

© Fraunhofer EMI
Abbildung 1: Experimenteller Aufbau: Nach dem Einschlag werden Teilchen im Auswurfkegel innerhalb der vom Laser beleuchteten Ebene (gelb) durch eine Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen.
© Fraunhofer EMI
Abbildung 2: Aufgenommene Teilchenwolke nach Hypervelocity-Impakt (roter Punkt). Grüne Pfeile stellen Trajektorien einzelner Partikel dar.

Die planetaren Körper in unserem Sonnensystem und insbesondere deren Oberflächen wurden maßgeblich  durch unzählige Einschläge von Gesteinsbrocken mit enorm hohen Geschwindigkeiten geformt. Das bei einem  solchen Einschlag ausgeworfene Material (Ejekta) kann uns Einblicke in den Kraterbildungsprozess sowie die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Zielkörper sowie Impaktor geben.

Die zeitaufgelöste Ejektapropagation kann durch die Verwendung der Leichtgasbeschleuniger des EMI im Zusammenspiel mit Hochgeschwindigkeitskameras experimentell nachvollzogen werden: Hierzu wird eine durch einen intensiven Laserstrahl erzeugte Lichtebene (Laser Light Sheet, LLS) durch den späteren Auftreffpunkt des Projektils auf dem Zielkörper gelegt (Abbildung 1). Die Kamera nimmt das reflektierte Licht einzelner Teilchen innerhalb dieser Lichtebene auf, so dass deren Positionen und Größen bestimmt werden können. Durch einfache Annahmen über das Flugverhalten der Partikel ist es nun erstmals möglich, die Trajektorien einzelner Teilchen innerhalb der Wolke mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, selbst wenn die Teilchen während der Detektion stark taumeln oder teilweise verdeckt werden (Abbildung 2).

Allgemeiner erlaubt diese nicht invasive Messtechnik, wichtige Zusammenhänge zwischen Ejektaeigenschaften und Einschlagbedingungen zu finden, welche unabdingbar sind für die korrekte Vorhersage von Materialreaktionen auf einen Hypervelocity-Impakt.