Analyse des Streulichts in den Eisfontänen des Enceladus mit Hilfe numerischer Simulationen

Strub, Peter

Die Südpolregion des Saturnmondes Enceladus zeigt einen aktiven Eisvulkanismus, der Wasserdampf und Eispartikel in das Saturnsystem einspeist und eingehend von der Cassini-Raumsonde beobachtet wurde. Anhand von in-situ-Messungen des Staubinstruments CDA (Cosmic Dust Analyzer) zusammen mit optischen Aufnahmen des Streulichts der Fontänen wurden die Randbedingungen festgelegt, mit denen numerische Simulationen die Dynamik und Dichteverteilung des Staubs im Detail beschreiben konnten. In dieser Arbeit werden simulierte Dichteverteilungen genutzt, um in einem konsistenten Modell das Streulicht der Fontänen zu berechnen. Dabei wird die Struktur und der spektrale Verlauf im Wesentlichen durch die dynamischen Anfangsbedingungen an der Enceladusoberfäche festgelegt. Mit Hilfe des Modells werden Spektren im nahen Infrarot berechnet, deren Geometrie realen Beobachtungen des VIMS-Instruments auf Cassinientspricht und im Vergleich diskutiert. Dabei zeigt sich, dass die beobachteten Spektren ohne Zuhilfenahme einer zusätzlichen Komponente nicht reproduziert werden können. Dies ist zu erwarten, da die eingehende Größenverteilung lediglich die homogene Nukleation aus der Gasphase enthält. Weitere Prozesse, die nötig sind, um den beobachteten Salzgehalt einer Partikelpopulation zu erklären, sind im Entstehungsmodell nicht enthalten. Wir bestimmen diese Komponente anhand der Differenz zwischen simuliertem und beobachtetem Streulicht. Ihre Größenverteilung fällt dabei weniger stark zu großen Teilchen bis 3.5µm ab als die Restkomponente; zudem ist sie wesentlich stärker zur Mondoberfläche konzentriert. Dies steht im Einklang mit der visuellen Identifikation einer diffusen Komponente zwischen den einzelnen Fontänen. Analysis of the Scattered Light in the Ice Fountains of Enceladus using Numerical Simulations.

The south pole region of Saturn's moon Enceladus exhibits an active ice volcanism, injecting water vapor and ice particles into the Saturnian system. It has been extensively studied by the Cassini spacecraft. Using in-situ measurements of the dust instrument CDA (Cosmic Dust Analyzer) on board Cassini along with optical images, the boundary conditions for a numerical simulation were fixed. It was then used to describe in detail the dynamics and the density distribution of the dust. Here we make use of the simulated density distribution to derive consistent model of the scattered light in the particle plume. Its structure and spectra are essentially fixed by the initial conditions for the dynamical model, as defined at the surface of Enceladus. Using this model we calculate near-infrared spectra of the jets, using a geometry that matches existing observations by the VIMS instrument on Cassini. We then discuss the similarities and differences of simulated vs. observed spectra. It turns out that the observed spectra cannot be reproduced without introducing an additional component. This is expected, because the size distribution we use is based on homogeneous nucleation from the gas phase alone. Further processes that are necessary to reproduce the particles' salt content are not included in the formation model so far. We have determined this component as a difference between simulated and observed spectra. Its size distribution falls off less steeply towards large particles of up to 3.5µm than the other components. Furthermore, it is concentrated more closely to the moon's surface. We conclude this component agrees with the diffuse component that has been identified visually between the jets.

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Strub, Peter: Analyse des Streulichts in den Eisfontänen des Enceladus mit Hilfe numerischer Simulationen. 2012.

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