Gamma-Augen orten Eis im Marsboden
Wissenschaftler des Mainzer Max-Planck-Instituts für Chemie an der Entdeckung der Raumsonde Mars Odyssey beteiligt
Die im April 2001 gestartete amerikanische Raumsonde "Mars Odyssey" hat auf dem Mars ein großes Wasser-Reservoir entdeckt. Ausgestattet mit durchdringenden "Augen" für Neutronen und Gammastrahlen, ortete sie unter der Oberfläche des Wüstenplaneten Wasserstoff, einen Bestandteil von Wasser. Dr. Johannes Brückner und Prof. Heinrich Wänke vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz haben in Zusammenarbeit mit amerikanischen Kollegen diesem Marswasser nachgespürt (Science, 31. Mai 2002).
Gab es je Wasser auf dem Roten Planeten? Und wo ist es heute? Viele trockene Flussläufe deuten auf eine feuchte Vergangenheit hin. Heute erscheint der Mars ausgetrocknet: Unter dem niedrigen Druck seiner Atmosphäre (ein hundertstel des irdischen Luftdrucks) verdampft und entweicht flüssiges Wasser von seiner Oberfläche. Nur an den Marspolen kondensieren je nach Jahreszeit Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) zu Eis. Die Wissenschaftler vermuten seit langem, dass in den Polregionen, wo es das ganze Marsjahr über kalt genug ist, dauerhaft Wassereis unter der Oberfläche lagert. Jetzt hat Mars Odyssey (Abb. 1) dieses im Boden verborgene Eis um den Südpol entdeckt. Das vereiste Gebiet erstreckt sich dabei bis zum 60. Breitengrad.
Um dem Mars unter die Haut zu schauen, musste eine besondere Messmethode entwickelt werden. Dabei kam die Natur zu Hilfe: Auf dem Planeten entsteht reichlich Gammastrahlung, denn seine Oberfläche ist - mangels Magnetfeld und wegen der dünnen Atmosphäre - schutzlos dem Beschuss der kosmischen Strahlung ausgesetzt. Dieses Bombardement löst viele Kernteilchen, zum Beispiel Neutronen, aus dem Marsboden und setzt zugleich Gammastrahlen frei. Geeignete Detektoren an Bord einer Raumsonde können Neutronen und Gammaquanten registrieren und damit Informationen über die chemische Natur des Bodens liefern.
Am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz wurden technische und methodische Grundlagen für die Mission Mars Odyssey erarbeitet. So simulierten Wissenschaftler das Verhalten von Gammadetektoren im Weltraum: Dazu beschossen sie Detektoren in einem Beschleuniger so lange mit atomaren Partikeln, bis sie in ihrer Leistungsfähigkeit erheblich eingeschränkt waren. Danach wurden geeignete "Ausheilverfahren" entwickelt, mit denen sich die Instrumente wieder funktionstüchtig machen ließen. Den Zuschlag für den Bau des Marsdetektors erhielt die europäische Firma Canberra Eurysis.
In einem zweiten Satz von Experimenten ahmten die Forscher die Produktion von Gammastrahlung am Marsboden nach: 25 Tonnen Gestein und Eisen wurde mit energiereichen Protonen - dem Hauptbestandteil der kosmischen Strahlung - bombardiert und die dabei entstehende Gammastrahlung gemessen: Deren Spektrum diente als "Steckbrief" für die vom Marsboden erwartete Strahlung. Mit Computerprogrammen wurden anschließend Neutronen- und Gammaflüsse berechnet. Diese Methode des Vergleichens von Messdaten einerseits und Rechnungen andererseits brachte jetzt den Erfolg auf dem Mars.
Seit Februar dieses Jahres liefern die Detektoren von Mars Odyssey regelmäßig Daten über Energie und Intensität der Neutronen und Gammastrahlen vom Roten Planeten: Die Neutronen verraten, wo sich das Oberflächenmaterial verändert; auf diese Weise gewannen die Wissenschafter Karten der Neutronenintensität in verschiedenen Gebieten (Abb. 2). Die Gammastrahlung hingegen enthüllt, welche Elemente in welcher Häufigkeit im Boden vorkommen. Da sich mit der Gammaspektroskopie nur einzelne Elemente nachweisen lassen, muss man Wasser - als chemische Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff - über das Vorliegen von Wasserstoff bestimmen.
Das internationale Team unter der Leitung von William V. Boynton von der University of Arizona in Tucson (USA) war überrascht, wie viel Wasserstoff das Spektrometer in den südlichen Polarregionen auf dem Mars aufspürte. Wie sich zeigte, besteht der Boden aus zwei Lagen: Unter einer wasserstoffarmen Schicht befindet sich eine wasserstoffreiche, die zum südlichen Pol hin immer näher an die Oberfläche rückt. Die Wissenschaftler nehmen an, dass es sich bei dieser unteren Schicht um ein Gemisch aus Staub und Wassereis handelt.
Damit war die Sensation perfekt: Zum ersten Mal wurde Wassereis auch außerhalb der Polkappen des Mars in größeren Mengen gefunden, allerdings begraben unter einer Bodenschicht von rund 20 bis 60 Zentimeter Stärke. Da Wasser auf der Oberfläche nicht in flüssiger Form existieren kann, musste es sich im Boden verbergen, um Jahrmillionen als Eis zu überdauern. Die Mars-Oberfläche ist für Leben, wie wir es kennen, überaus unwirtlich. In mehreren Metern Tiefe jedoch könnten die Bedingungen besser sein. Sollten je Bakterien auf dem Planeten entstanden sein, dann dürften die Polarregionen eine gute Rückzugsmöglichkeit bieten, um in einer Art Winterschlaf auf bessere Zeiten zu warten.
Die Suche nach Wasser auf dem Mars wird im Jahre 2003 mit zwei großen Rovern der US- Raumfahrtbehörde NASA fortgesetzt. Dazu wird, wie bei der Mars Pathfinder-Mission, ein verbessertes "Schnüffel-Instrument" - das Alpha-Röntgen-Spektrometer - eingesetzt, das Forscher am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie entwickelt haben. Die Rover werden den "Schnüffler" zu vielen Steinen und Bodenstellen bringen, um deren chemische Zusammensetzung zu bestimmen. Damit werden die globalen Beobachtungen von Mars Odyssey auf regionaler Ebene im Detail weitergeführt werden
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Diese Produkte könnten Sie interessieren
ERASPEC von eralytics
Einfachste Kraftstoffanalyse in Sekunden mit ERASPEC
Bestimmung von bis zu 40 Kraftstoffparametern auf Knopfdruck
S4 T-STAR von Bruker
TXRF-Spektrometer: Sub-ppb Nachweisgrenzen & 24/7 Analytik
Minimale Betriebskosten, weil Gase, Medien oder Laborausrüstung entfallen
ALPHA II von Bruker
Chemische Analyse leicht gemacht: Kompaktes FT-IR-System
Steigern Sie die Effizienz Ihrer Routineanalysen mit benutzerfreundlicher Technologie
ZEEnit von Analytik Jena
Zeeman-Technik mit maximaler Empfindlichkeit und Applikationsvielfalt
Quergeheizte Graphitrohrofen für optimale Atomisierungsbedingungen und hohen Probendurchsatz
PlasmaQuant MS Elite von Analytik Jena
Massenspektrometer für hochempfindliche Forschungsanwendungen und niedrigste Nachweisgrenzen
Die Erfolgsformel in der LC-ICP-MS – PlasmaQuant MS-Serie und PQ LC
PlasmaQuant 9100 von Analytik Jena
Neues ICP-OES PlasmaQuant 9100 für komplexe Probenmatrices
Mehr sehen. Mehr wissen. ICP-OES vereinfacht Analyse matrixlastiger Proben
NANOPHOX CS von Sympatec
Partikelgrößenanalyse im Nanobereich: Hohe Konzentrationen problemlos analysieren
Zuverlässige Ergebnisse ohne aufwändige Probenvorbereitung
Agera von HunterLab Europe
Farbe und Glanzgrad gleichzeitig messen - und das sekundenschnell
Einfach zu bedienendes Farbmessgerät: normkonform, robust und präzise
Mikrospektrometer von Hamamatsu Photonics
Ultrakompaktes Mikrospektrometer für vielseitige Anwendungen
Präzise Raman-, UV/VIS- und NIR-Messungen in tragbaren Geräten
S2 PICOFOX von Bruker
Schnelle und präzise Spurenelementanalyse unterwegs
TXRF-Technologie für minimale Proben und maximale Effizienz
2060 Raman Analyzer von Metrohm
Selbstkalibrierendes Inline-Raman Spektrometer
Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase analysieren - für reproduzierbare, genaue Ergebnisse im Prozess
INVENIO von Bruker
FT-IR Spektrometer der Zukunft: INVENIO
Völlig frei aufrüstbares und konfigurierbares FT-IR Spektrometer
contrAA 800 von Analytik Jena
contrAA 800 Serie – Atomic Absorption. Redefined
Kombiniert das Beste der klassischen Atomabsorption mit den Vorteilen von ICP-OES-Spektrometern
novAA® 800 von Analytik Jena
Der Analysator für Sie - novAA 800-Serie
Das zuverlässige Multitalent für die effiziente und kostengünstige Routineanalyse
SPECORD PLUS von Analytik Jena
Die neue Generation der Zweistrahlphotometer von Analytik Jena
Der moderne Klassiker garantiert höchste Qualität
ZSX Primus IV/IVi von Rigaku
Hochpräzise WDXRF-Analyse für industrielle Anwendungen
Maximale Empfindlichkeit und Durchsatz für leichte Elemente und komplexe Proben
Micro-Z ULS von Rigaku
Schwefelgehalt in Kraftstoffen genau messen: WDXRF-Analysator
Zuverlässige Routineuntersuchungen mit 0,3 ppm Nachweisgrenze und kompaktem Design
BIOS ANALYTIQUE - Soluciones de Renting y Leasing para laboratorios von Bios Analytique
Ihr Spezialist für Vermietung und Leasing von Laborinstrumenten in Europa
Beim Finanzieren geht es nicht nur ums Geld verleihen - Es geht um Lösungen, die Wert schaffen
SPECTRO ARCOS von SPECTRO Analytical Instruments
Optisches Emissions-Spektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) für höchste Ansprüche
Das SPECTRO ARCOS ICP-OES bietet Elementanalytik auf einem neuen Niveau
SR Series Spectrometer von Ocean Insight
Der neue Ocean SR2 liefert das beste SNR seiner Klasse für konfigurierbare Spektrometer
Hochgeschwindigkeits-Spektrenerfassung mit fortschrittlicher Signal-Rausch-Leistung
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
