Wissenschaftliche Ergebnisse der letzten Kampagne haben wir kurz nach der Rückkehr natürlich noch nicht. Stattdessen werden noch fleißig Daten gesichert und aufbereitet, um dann im nächsten Schritt ausgewertet werden zu können. Wir möchten euch hier allerdings ein paar Ergebnisse von früheren Kampagnen zeigen, um auch mal den wissenschaftlichen Teil gebührend zu beleuchten.
Los geht’s noch mit den letzten Messungen vom „alten“ Experiment, genauer gesagt von der PFC 2022. Dort hatten wir einen Draht in die Kammer eingebaut und untersucht, wie dieser vom Staub umströmt wird (Details in diesem Blogbeitrag). Das Ganze schien anfangs etwas langweilig, da der Draht einfach mehr oder weniger laminar umströmt wurde und die 3D-Auswertung auch nur mittelmäßig funktionierte. Dann haben wir aber gesehen, dass sich unter bestimmten Bedingungen Bugstoßwellen (bow shocks) ausbilden, die wir recht gut auswerten konnten. Diese breiten sich mit konstanter Geschwindigkeit vom Draht weg aus und zeigen sich recht unbeeindruckt davon, was sonst so in der Staubwolke vor sich geht. Das ganze wurde schließlich Anfang dieses Jahres in Physics of Plasmas veröffentlicht und war dort sogar ein Feature und ein Scilight wert.
Grafiken CC BY 4.0 S. Schütt, C. A. Knapek, D. Maier, D. P. Mohr, A. Melzer, Bow shock formation in a dusty plasma flowing around an obstacle under microgravity, Phys. Plasmas 32, 023704 (2025).
Weiter geht’s mit der Zyflex-Kammer. Ab und an kam ja schon die Vier-Elektroden-Konfiguration zur Sprache (z.B. in diesem Beitrag), aber wozu ist das Ganze jetzt gut? Im Wesentlichen werden die Elektroden wechselweise für kurze Zeiträume eingeschaltet, wodurch die Plasmaproduktion verschoben und somit auch die Richtung des Ionenstroms beeinflusst wird. Macht man das schnell genug, hebt sich der Ionenstrom aus Sicht der vergleichsweise trägen Staubpartikel im Mittel auf. In der Folge ist es möglich, homogene Staubwolken ohne Void zu erzeugen. Eine systematische Charakterisierung der entstehenden Staubwolken wurde ebenfalls in PoP veröffentlicht. Dabei wurde natürlich auch die Möglichkeit genutzt, die Elektroden zu verfahren, und bei verschiedenen Elektrodenabständen gemessen. Es zeigte sich, dass die Pulsfrequenz (sofern hoch genug) kaum einen Einfluss auf die Staubwolke hat, wohl aber natürlich Elektrodenabstand und Gasdruck.
Grafiken CC BY 4.0 C. A. Knapek, D. P. Mohr, P. Huber, Void closure in a pulsed complex plasma in microgravity, Phys. Plasmas 31, 063702 (2024).
Last but not least haben wir noch eine Methode zur Fluidanalyse auf unser staubiges Plasma angewandt, um die dynamischen Eigenschaften der Staubwolke in 3D zu charakterisieren. Dabei kommt ein Konstrukt namens finite-time Lyapunov exponents (FTLE) zum Einsatz, also Ljapunow-Exponenten, die zu festen Zeitschritten – hier Vielfachen der Framerate – ermittelt werden. Diese sagen uns, wo in der Staubwolke sich Fluidelemente aufeinander zubewegen und wo sie sich voneinander entfernen. Es wurde gefunden, dass auch unsere ausgedehnten Staubwolken in der Zyflex-Kammer weitgehend inkompressibel sind, so wie dies bereits für kleinere Systeme angenommen wird. Weiterhin wurde ein Vergleich zwischen einer Partikelerkennung per neuronalem Netz (AIPR = Artificial Intelligence Particle Reconstruction) und klassischen, bewährten Methoden durchgeführt und gezeigt, dass das neuronale Netz bei reduziertem Rechenaufwand vergleichbare Ergebnisse liefert. Im Detail nachlesen kann man das alles bei Physical Review E.
Grafiken CC BY 4.0 A. Melzer, C. Knapek, D. Maier, D. Mohr, S. Schütt, Three-dimensional finite-time Lyapunov-exponent analysis of fluid dusty plasmas under weightlessness using a machine-learning particle reconstruction technique, Phys. Rev. E 111, 045214 (2025).