Master Diploma Positions

Masterarbeit über Rosetta und Komet 67P/Churyumov–Gerasimenko

Interessierst du dich für Weltraumforschung, studierst Physik und bist auf der Suche nach einer geeigneten Masterarbeit?
Dann bist du bei uns genau richtig!

Rosetta ist die wohl bekannteste Weltraummission der Gegenwart, mit dem Ziel einen Kometen während zwei Jahren (2014-2016) auf seiner Umlaufbahn um die Sonne zu begleiten und zu studieren. Wir wollen dabei die physikalischen Prozesse u.A. der Entstehung des Gas- und Staubschweifs studieren. Die Erforschung dieses Kometen wird uns zudem helfen die Entstehung unseres Sonnensystems und somit auch unserer Erde besser zu verstehen.

Wir bieten zwei Rosetta-Masterarbeiten an:

  1. Modellieren: Anhand von Computermodellen können Gas- und Staubausbrüche simuliert und mit Daten vergleichen werden, um die dominierenden physikalischen Prozesse zu studieren.

  2. Daten-Analyse: Wie verändert sich die Oberfläche durch den Gas- und Staubausstoss während der zwei Jahre dauernden Mission? Was lernen wir dabei über die physikalischen Prozesse auf der Oberfläche? Dies kann anhand von Bildern der hochauflösenden Kamera studiert werden.

Auskunft geben dir gerne:

Prof. Nicolas Thomas
nicolas.thomas@space.unibe.ch

Raphael Marschall
raphael.marschall@space.unibe.ch

Fernerkundung von Weltraumplasma

Einen Grossteil unseres Wissens über planetare Atmosphären und Plasma im Sonnensystem verdanken wir Teilchendetektoren auf Satelliten.
Während Ionen und Neutralgas vor Ort gemessen werden müssen, ermöglichen energetische Neutralteilchen, das Plasma um Planeten und von der Heliosphäre aus der Ferne zu erkunden (aus einer Entfernung von über 15 Milliarden Kilometern). Bevor sie analysiert werden können, müssen aber die energetischen Neutralteilchen ionisiert werden, und die Bedingungen an Bord eines Satelliten stellen dabei besondere Herausforderungen an den Detektor.

Die Gruppe um Prof. Peter Wurz hat hierzu ein einzigartiges Konzept entwickelt, bei dem die Neutralteilchen bei der Streuung an einer Oberfläche ionisiert werden.
Ein Detektor, der auf diesem Messkonzept beruht, ist natürlich auf ein fundiertes Verständnis des Streuprozesses angewiesen. Deshalb haben wir die Testanlage ILENA aufgebaut (http://space.unibe.ch/en/ilena.html), mit der wir selbständig nach neuen geeigneten Oberflächen suchen, diese charakterisieren und schliesslich für Weltrauminstrumente einsetzen können. ILENA ist komplex genug, um zukünftige Instrumente zu ermöglichen, andererseits aber einfach genug, dass Messungen und Umbauten von einer einzigen Person bewerkstelligt werden könnnen. Neben den praktischen Arbeiten engagiert sich unsere Gruppe auch in der Auswertung der so gewonnen Daten und der anschliessenden Modellierung von planetaren Oberflächen, Atmosphären und von Weltraumplasma.

Sensoren, die dank ILENA realisiert wurden, haben sich bei vielen Missionen bewährt (bspw. Chandrayaan-1, IBEX, Mars Express, Venus Express), und weitere Missionen werden folgen, u.a. LUNA (von Roskosmos) und der ESA Satellit JUICE, der zum Jupiter und dessen Monden Europa, Ganymed und Callisto fliegen wird. Angesichts dieses Programms sind MasterstudentInnen jederzeit willkommen.

Interessenten wenden sich bitte an Dr. André Galli andre.galli@space.unibe.ch oder Prof. Peter Wurz peter.wurz@space.unibe.ch für weitere Informationen.

Prof. Peter Wurz / Dr. André Galli
Physikalisches Institut
Space Research and Planetary Sciences
Sidlerstrasse 5
CH-3012 Bern
Phone +41 31 631 44 26

Master Thesis in Space Instrumentation and Experimental Planetology

Laser ablation mass spectrometer is considered to be an important and novel analytical instrument for investigation of chemical composition of planets and their moons. The instrument will be used in planetary missions with a lander to study surfaces in situ. From the measurements of molecular and elemental/isotopic composition one can learn about the history of the planet/moon, how it was formed, what was the climate on the planet in the past and also if these body could have been habitable. We have designed and currently perform tests on performance of a miniaturized laser ablation mass spectrometer. The laser is used for removing the material from solid surface into the gas phase where a plasma plume is formed containing neutral and charged elements/molecules. These species are subsequently analysed by the mass spectrometer. The goal of Master thesis is to perform studies of common minerals, minerals similar to lunar samples and the study of the composition of meteorites. The study will be conducted with ns- and/or fs lasers. Thus the Master thesis combines laser, plasma physics, with the mass spectrometric analysis.

We are looking for a talented and motivated person who enjoys experimental physics. Knowledge of electronics, vacuum instrumentation, lasers and mass spectrometry would be of advantage but is not required. The analysis of the mass spectra requires a basic knowledge of numerical methods and programming skills would be advantageous. Proficiency in spoken and written German/English is required.

Applicants should contact:

  • Prof. Dr. Peter Wurz / PD Dr. Marek Tulej
    Physikalisches Institut
    Space Research and Planetary Sciences
    Sidlerstrasse 5
    CH-3012 Bern
    Phone +41-31-631 44 26/ +41-13-631 44 19

    E-Mail peter.wurz(at)space.unibe.ch

(Kern)physikalische Prozesse im frühen Sonnensystem

Die (kern)physikalischen Prozesse im frühen Sonnensystem, also in den ersten paar Millionen Jahren, sind bisher nur sehr schlecht verstanden. In den letzten Jahren gibt es vermehrt Hinweise darauf, dass die von der frühen Sonne emittierten Teilchen (vorwiegend Protonen, 3He- und 4He-Kerne) in Teilen der Akkretionsscheibe oder aber auf der Oberfläche sehr früher Objekte (Planetesimale) Kernreaktionen induziert haben. Die Relikte solcher Kernumwandlungen lassen sich auch heute noch mit Hilfe empfindlicher Messmethoden eindeutig nachweisen. Leider hat jedoch das Verständnis solcher Prozesse gegenüber den Verbesserungen in der Messmethodik nicht Schritt gehalten und wir sind momentan mit der Tatsache konfrontiert, dass wir sehr viele Daten haben ,die wir nicht befriedigend interpretieren können. Genau an diesem Punkt setzt die Masterarbeit an.

In der Arbeit soll mit Hilfe existierender kernphysikalischer Programme die Produktion der Radionuklide 7,10Be, 26Al, 36Cl und 41Ca sowie der stabilen Isotope vom Li, B, K, Ca, Ti und Cr berechnet und die dabei ermittelten Ergebnisse mit experimentellen Daten verglichen werden. Als Erweiterung des Modells soll darüber hinaus die Ionisation in der Akkretionsscheibe abgeschätzt werden. Es soll also eine Aussage darüber getroffen werden, welcher Prozentsatz der Akkretionsscheibe sich in einem ionisierten Zustand befindet.

Aus diesen Informationen sowie mit Hilfe physikalisch sinnvoller Annahmen über das Photonenfeld (sowohl aus der Rekombination als auch direkt von der frühen Sonne) soll der Einfluss angeregter Kernzustände auf die Halbwertszeiten einiger Radionuklide abgeschätzt werden.

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PD. Dr. I. Leya, (Raum 108a)
Physikalisches Institut
Space Research and Planetary Sciences
Sidlerstrasse 5
CH-3012 Bern
Phone +41-31-631 44 13

E-Mail:   ingo.leya(at)space.unibe.ch

 

Edelgase in Ureiliten

Ureilite gehören zu den so genannten „differenzierten Meteoriten“, sie stammen also von einem Asteroiden der bei/nach seiner Entstehung zumindest teilweise geschmolzen war. Trotz dieser „heissen“ Vergangenheit enthalten sie jedoch immer noch Edelgase aus den Anfängen des Sonnensystems. Es ist bis heute nicht verstanden, wie das funktioniert und welche Prozesse dafür verantwortlich sind. Ziel dieser Arbeit ist es, zum besseren Verständnis der Edelgasgehalte in Ureiliten beizutragen sowie vor allem die Edelgasverteilung in Ureiliten besser zu verstehen. Dazu sollen existierende Ätzrückstände bezüglich ihrer Edelgasgehalte untersucht werden.

Mit Hilfe eines hochempfindlichen Edelgasmassenspektrometers sollen mindestens zwei Ätzrückstände auf die Isotope der Edelgase He, Ne, Ar, Kr, und Xe untersucht werden. Dazu soll die so genannte „Step-wise-heating“-Technik, also das schrittweise Erhitzen der Proben, angewendet werden. Sowohl das Spektrometer als auch die Extraktionsanlage sind getestet und einsatzbereit. Auch die Extraktionsprotokolle existieren, kleinere Änderungen und Anpassungen werden sich jedoch im Laufe dieser Arbeit ergeben.

Der Kandidat/die Kandidatin wird sich in dieser Arbeit mit der Edelgasmassenspektrometrie beschäftigen, sie ist die empfindlichste Nachweismethode überhaupt. Neben den Grundlagen der Massenspektrometrie bekommt der Kandidat/die Kandidatin einen fundierten Einblick in die Vakuumtechnik. Darüber hinaus bietet dieses Arbeit die Möglichkeit, etwas über das Verhalten der Edelgase (Diffusion, Lösung, Implantation, ...) zu lernen und Proben aus den Anfängen des Sonnensystems zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit ist es, unser Verständnis über die thermische Entwicklung der Ureilite im frühen Sonnensystem zu erweitern.

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PD. Dr. I. Leya, (Raum 108a)
Physikalisches Institut
Space Research and Planetary Sciences
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Phone ++41-31-631 44 13

E-Mail:   ingo.leya(at)space.unibe.ch

 

Ein neuer Meteorit vom Mars

Es gab zwar schon in der Vergangenheit eine Reihe von Marsmissionen und auch gegenwärtig ist der Planet im Fokus vieler Weltraummissionen, die einzigen uns zugänglichen Proben vom Mars sind jedoch so genannte „Mars-Meteorite“, also Gesteinsstücke die bei grossen Einschlägen aus der Marsoberfläche herausgeschlagen wurden. Einige dieser Objekte erreichen nach ihrer Reise durch das Sonnensystem die Erde und stehen uns somit für Untersuchungen zur Verfügung.

In Zusammenarbeit mit Kollegen der Chinesischen Akademie der Wissenschaften steht uns ein neuer, bisher nicht untersuchter Meteorit vom Mars zur Verfügung. Er wurde in der chinesischen Antarktisexpedition 2004 gefunden und bisher nicht untersucht.

Ziel dieser Arbeit ist es die Isotope der Edelgase He, Ne, Ar, Kr, und Xe mit Hilfe der so genannten „Step-wise-heating“-Technik, also das schrittweise Erhitzen der Probe, zu analysieren. Sowohl das Spektrometer, als auch die Extraktionsanlage sind getestet und einsatzbereit. Auch die Extraktionsprotokolle existieren, kleinere Änderungen und Anpassungen werden sich jedoch im Laufe dieser Arbeit ergeben.

Aus den gemessenen Edelgaskonzentrationen lassen sich unter anderem Aussagen darüber gewinnen wann der Meteorit aus der Marsoberfläche herausgeschlagen wurde. Durch einen Vergleich mit existierenden Daten kann dann auf die Heftigkeit des Auswurfes geschlossen werden. Darüber hinaus finden wir in dem Meteoriten auch Gase aus der Marsatmosphäre und eventuell sogar aus dem tieferen Bereich des Mars, dem Mantel.

Der Kandidat/die Kandidatin wird sich in dieser Arbeit mit der Edelgasmassenspektrometrie beschäftigen, sie ist die empfindlichste Nachweismethode überhaupt. Neben den Grundlagen der Massenspektrometrie bekommt der Kandidat/die Kandidatin einen fundierten Einblick in die Vakuumtechnik. Darüber hinaus bietet diese Arbeit die einmalige Möglichkeit Proben von einem fremden Planeten zu untersuchen und etwas über den Aufbau dieses Planten sowie über den Auswurfprozess zu lernen.

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PD. Dr. I. Leya, (Raum 108a)
Physikalisches Institut
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Phone ++41-31-631 44 13

E-Mail:   ingo.leya(at)space.unibe.ch

Messung von neutronen-induzierten Wirkungsquerschnitten

Zur Interpretation der Bestrahlungsgeschichte von Meteoriten, wie zum Beispiel die Zeit seit der Asteroidenkollision, ob es weitere Aufbrüche gab und/oder wie lange der Meteorit bereits auf der Erde liegt, werden detaillierte Daten für bestimmte Kernreaktionen benötigt. Dabei sind vor allem Reaktionen mit Protonen und Neutronen von Bedeutung. Aufgrund ihrer elektrischen Ladung können Protonen recht einfach auf hohe Energien beschleunigt werden. Daher ist es nicht erstaunlich, das sWirkungsquerschnitte für protonen-induzierte Reaktionen bereits recht gut bekannt sind. Anders sieht die Situation für neutronen-induzierte Anregungsfunktionen aus. Quasi-monoenergetische Neutronen lassen sich erst seit kurzer Zeit generieren. Daher sind die entsprechenden Wirkungsquerschnitte bisher nicht oder nur sehr schlecht bekannt. Das ist besonders problematisch, da die Kernreaktionen in Meteoriten und der Mondoberfläche durch Neutronen dominiert werden.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Radioökologie und Strahlenschtuz der Universität Hannover wurden verschiedene Bestrahlungsexperimente mit quasi-monoenergetischen Neutronen durchgeführt. Die bestrahlten Proben sind nun auf ihre Edelgasgehalte 3He, 4He, 21Ne und 22Ne zu messen. Wegen der geringen Gasmengen liegt die Herausforderung auf der Minimierung des Untergrundes. Mit Hilfe der gemessenen Gasmengen und unter Verwendung der bekannten Neutronenspektren lassen sich die Wirkungsquerschnitte als Funktion der Neutronenenergie durch mathematische Entfaltungsmethoden berechnen.

In dieser Arbeit sollen die Wirkungsquerschnitte neutronen-induzierter Anregungsfunktionen für die Targetelemente Mg, Al und Si im Energiebereich von den jeweiligen Reaktionsschwellen bis hin zu 180 MeV ermittelt werden. Auf Grundlage der neuen Daten sollen mit Hilfe existierender Modelle die Raten für die Produktion kosmogener Nuklide in Meteoriten berechnet werden. In dieser Arbeit werden nicht nur die Grundlagen der Edelgasmassenspektrometrie sondern auch einige interessante kernphysikalische Grundlagen vermittelt.

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PD. Dr. I. Leya, (Raum 108a)
Physikalisches Institut
Space Research and Planetary Sciences
Sidlerstrasse 5
CH-3012 Bern
Phone ++41-31-631 44 13

E-Mail:   ingo.leya(at)space.unibe.ch