Einblicke in die Materieströmungen im Inneren der Erde
Das Innere unserer Erde gleicht den Schichten einer Zwiebel. Aber was genau passiert dort drinnen? Bisher gelang es der theoretischen Physik nicht, abschließende Antworten auf diese Frage zu finden. Denn will man diese Strömungen im Erdlabor erforschen, stößt man auf ein Problem: die Schwerkraft. Auf der „echten“ Erde herrscht Gravitation, die vom Erdmittelpunkt ausgeht und deren Stärke zur Erdkruste hin abnimmt. Dieses radiale Kraftfeld sorgt so für eine charakteristische Verteilung der Temperatur im Erdmantel und im äußeren Kern. Auf der ISS, wo sich Erdanziehung und Zentrifugalkraft die Waage halten, muss dieses radiale Kraftfeld innerhalb einer Apparatur („Mini-Erde“) künstlich erzeugt werden, um das Rätsel der Strömungs- und Temperaturverhältnisse im Erdinneren experimentell aufklären zu können.
Genau aus dieser Idee heraus entstand die schuhkartongroße Apparatur namens „Geophysical Flow Simulation“ – kurz GeoFlow. Zwischen einer inneren, massiven Kugel und einer äußeren Hohlkugel befindet sich eine zähe dielektrische Ölschicht. Entsprechend den Temperaturverhältnissen im Erdinneren wird die innere Kugel geheizt und die äußere Hohlkugel gekühlt. Im Kugelspalt wird dann durch das Anlegen einer Hochspannung ein unverzerrtes, zentralsymmetrisches Kraftfeld erzeugt, das die auf der Erde herrschende Schwerkraft simuliert. Eine Kamera oberhalb der „Mini-Erde“ zeichnet die Strömungsmuster auf, die während eines Experimentdurchlaufs auftreten. Die Wissenschaftler vergleichen die Streifenmuster (Interferogramme) mit Modellsimulationen und schließen so auf die Temperaturverteilung und die Strömungsverhältnisse innerhalb des Fluids.
Nach GeoFlow I (2008–2009) und GeoFlow II (2011–2018) sollen im Nachfolgeexperiment AtmoFlow ab 2022 nunmehr die komplexen Strömungen in der Erdatmosphäre untersucht werden, um so zum Beispiel die klimatischen Auswirkungen der globalen Erwärmung und die Veränderungen auf der Erde besser verstehen zu können.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Thomas Driebe · E-Mail: thomas.driebe@dlr.de · DLR.de
