Nachricht vom 1. Februar 2022
„Chemische Blumen” im Parabelflug
Milton Van Dyke Award geht an Forschungsteam unter HZDR-Projektleitung
Das physikalische Verhalten fließender Substanzen kann faszinierend und schön zugleich sein. Den Beweis erbringt ein Wissenschaftsvideo, das ein europäisches Forschungsteam unter HZDR-Projektleitung produziert hat. Es visualisiert ein Experiment mit unterschiedlich dichten Reaktionslösungen, das die Forscher*innen unter besonderen Umständen durchgeführt haben: während eines Parabelfluges, der sich verändernde Gravitationsbedingungen bis hin zur Schwerelosigkeit erzeugt. Der Videoclip, der die sich in der Produktlösung bildenden Muster in Schwarz-Weiß-Optik einfängt, wurde kürzlich von der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft (APS) mit dem Milton Van Dyke Award ausgezeichnet.
„Mithilfe des Videos können wir leichter nachvollziehen, warum sich welche Muster bei modulierter Gravitation in der Lösung bilden“, sagt HZDR-Doktorand Yorgos Stergiou, der die kreative Leitung bei dem Videoprojekt innehatte und die Bilder mit einer Monochrom-Kamera sowie einer LED-Lichtquelle aufnahm. „So kann es uns gelingen, auch Menschen außerhalb unseres Forschungsgebietes zu erreichen und von unserer Forschung zu begeistern. Schon die ersten positiven Reaktionen auf das Video zeigen, dass wir dieses Ziel erreicht haben.“
DOI: https://doi.org/10.1103/APS.DFD.2021.GFM.V0036
Der Videoclip trägt den Titel „Chemical Flowers: buoyancy-driven instabilities under modulated gravity (dt.: Chemische Blumen: auftriebsgetriebene Instabilitäten unter modulierter Schwerkraft). Er zeigt eine dünne, kreisförmige Zelle, die mit einer durchsichtigen Salzlösung gefüllt ist und von unten beleuchtet wird. Über einen zentralen Einlass gelangt ein zweiter Reaktant, eine farblose Eisennitrat-Lösung, in die Zelle. In der ringförmigen Zone, in der die beiden Reaktanten zusammentreffen, entsteht nun eine Komplexverbindung, die eine rötlich-braune Farbe annimmt. Darin bildet sich schließlich ein Muster, bestehend aus feinen radialen Streifen. Der Grund dafür liegt den Forscher*innen zufolge in der Instabilität der Strömung, die wiederum stark von den herrschenden Gravitationskräften abhängt.
Raketenmission ermöglicht weitere Experimente unter Mikrogravitation
Um mehr darüber zu erfahren, wie die Streifen in der Lösung zustande kommen, will das Forschungsteam, an dem auch Wissenschaftler*innen aus Ungarn, Belgien und von der Universität Magdeburg beteiligt sind, weitere Experimente mit längeren Phasen sogenannter Mikrogravitation durchführen. Ihr nächster Versuchsaufbau ist Teil der TEXUS-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), die die Forschungsfracht mit einer Höhenforschungsrakete in die Thermosphäre transportiert.
Yorgos Stergiou, Projektleiterin Dr. Karin Schwarzenberger (ebenfalls HZDR) und das internationale Team sind bereits voller Vorfreude auf den Start, der sich im kommenden Jahr am Esrange Space Center in Schweden ereignen soll. Einen kleinen Wermutstropfen gibt es jedoch: Die chemischen Reaktionen lassen sich in der Raketenkapsel nicht noch einmal auf so ästhetische Weise filmen. Durch die gänzlich fehlende Schwerkraft können die Experimente dafür direkt mit den theoretischen Modellen der Projektpartner verglichen werden.
Mit dem Milton Van Dyke Award zeichnet die Sektion Fluiddynamik der APS Einreichungen aus, die sowohl künstlerischen Wert als auch wissenschaftlichen Inhalt und Originalität besitzen. Der Preis ist nach Milton Van Dyke benannt, einem ehemaligen Professor für Fluiddynamik an der Stanford University, der Forscher*innen auf diesem Gebiet noch heute inspiriert. Die Sektion verkündete die Gewinner*innen auf ihrer Jahrestagung im November in Phoenix (Arizona, USA). Neben einem Preisgeld von 200 Dollar sind diese ausdrücklich eingeladen, ihre Forschungsergebnisse im Fachmagazin Physical Review Fluids zu veröffentlichen.
Kontakt:
Yorgos Stergiou
Institut für Fluiddynamik am HZDR
E-Mail: g.stergiou@hzdr.de
Dr. Karin Schwarzenberger
Institut für Fluiddynamik am HZDR
E-Mail: k.schwarzenberger@hzdr.de
