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Der Mond auf wolkenlosem Nachthimmel.

Experiment: Müsli auf dem Mond

Würde sich der Inhalt einer Müslipackung auf dem Mond anders verhalten als auf der Erde? Ja, zeigt ein Experiment deutscher Physiker: Die verminderte Schwerkraft würde der spontanen Entmischung des Müslis entgegenwirken. Der Versuch könnte die Oberflächenbeschaffenheit von Asteroiden erklären.

Physik 16.04.2013

Man nennt es "Paranusseffekt": Im Müsli oder Studentenfutter sind meist die großen Stücke (Paranüsse etwa) im oberen Bereich der Packung zu finden. Das Kleinzeug (Haferflocken oder Rosinen) sammelt sich am Boden. Der Grund: Rosinen können durch kleine Lücken in der Mischung nach unten rutschen, die Paranüsse blieben hingegen aufgrund ihrer sperrigen Geometrie hängen. So trennt sich das Große vom Kleinen, insbesondere dann, wenn die Packung geschüttelt wird.

Das Phänomen beschäftigt auch seit einigen Jahren die akademische Welt. Und zwar jene Forscher, die sich für "granulare Materie" interessieren. Letztere besteht aus festen Bestandteilen, hat aber Eigenschaften, die man normalerweise nur von Flüssigkeiten kennt. Dass sich etwa Sand und Schotter an die Form eines Gefäßes anpassen und unter bestimmten Bedingungen sogar fließen können, ist ihrem körnigen Aufbau geschuldet. Ebenso die Wanderung der Nuss im Müsli, die physikalisch betrachtet komplizierter ist, als man annehmen würde.

Hypothese: Effekt auf Asteroiden

Der Paranusseffekt ist nämlich nicht nur von Form, Dichte und Textur der Bestandteile abhängig, auch Größe und Form des Gefäßes spielen eine Rolle. Und nicht zuletzt hängt der Effekt auch von der Schwerkraft ab, wie Jürgen Blum in einer aktuellen Studie berichtet. Der Physiker von der TU Braunschweig hat die Sache nun zusammen mit drei Kollegen im Experiment überprüft - mittels Parabelflügen in einem Flugzeug.

Die Studie

"Granular Convection And The Brazil Nut Effect In Reduced Gravity" erscheint demnächst im Fachblatt Physical Review E (Preprint bei arXiv).

"Unser Experiment ist nicht das Ergebnis einer Trunkenheitsveranstaltung. Das ist absolut ernst gemeint", sagt Blum im Gespräch mit science.ORF.at. Blum beschäftigt sich normalerweise mit der Entstehung von Planeten und kleineren Himmelskörpern. Auf den Paranusseffekt wurde er durch eine Mission der japanischen Weltraumagentur JAXA aufmerksam. Proben des erdnahen Asteroiden Itokawa zeigen, dass dessen Oberfläche je nach Region sehr unterschiedlich aufgebaut ist.

An manchen Stellen ist das Material sehr feinkörnig, an anderen liegen wiederum große Brocken herum. Letztere findet man vor allem dort, wo auch die Schwerkraft größer ist. "Asteroiden sind meist kartoffelförmig, weshalb auch die Gravitation relativ stark variiert", sagt Blum. "Unsere japanischen Kollegen kamen auf die Idee, dass die Sortierung mit dem Paranusseffekt zu tun haben könnte."

Gravitation bestimmt Sortierung

Wenn sich die Gesteinsbrocken auf Itokawa wie Paranüsse von innen nach außen verschoben haben, dann muss die Gravitation ein dominanter Faktor sein, ansonsten ließe sich das entdeckte Muster nicht erklären. Um das zu beantworten, führten die Forscher um Blum zunächst ein Experiment auf der Erde durch. Sie bedeckten den Boden von Glasgefäßen mit grünen Glaskugeln und füllten das restliche Volumen mit deutlich kleineren roten Kugeln auf. Dann wurde geschüttelt, Kameras hielten die Wanderung der grünen Kugeln nach oben fest.

Das gleiche Prozedere wiederholten Blum und sein Team dann in einem Airbus 300, der sich auf einem Parabelflug befand. Wie kommt ein Physiker zu einem Airbus? "Ach, für uns ist das nichts Besonderes, wir machen dauernd Versuche in Schwerelosigkeit", sagt Blum. "Das Flugzeug stammt von der französischen Weltraumagentur, mit der wir kooperieren. Man kann mit solchen Parabelflügen natürlich nicht nur Schwerelosigkeit, sondern auch die Gravitationsverhältnisse auf dem Mars und auf dem Mond simulieren."

Das Ergebnis des Versuchs: Je stärker die Schwerkraft, desto schneller wanderten die grünen Kugeln nach oben. Die japanischen Asteroidenforscher lagen mit ihrer Vermutung wohl richtig.

Das Verhältnis zwischen Gravitation und Paranusseffekt ist laut Messungen "annähernd linear". Womit auch geklärt wäre, wie schnell die Paranuss auf kleineren Himmelskörpern durch die Müslipackung wandern würde: Auf dem Mars würde es drei Mal so lange dauern, auf dem Mond sechs Mal so lange.

Robert Czepel, science.ORF.at

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