In-situ-Analyse von Eispartikeln im Sonnensystem: Anwendungen, Methoden, Instrumentenentwicklung

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Postberg
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248701662

Im äußeren Sonnensystem (etwa ab dem Asteroidengürtel) besteht ein Großteil der kondensierten Materie aus Wassereis. Die derzeitigen Erkenntnisse zur Zusammensetzung eisiger Oberflächen und Partikel beruhen fast ausschließlich auf absorptionsspektroskopischen Daten, vor allem im infraroten Bereich. In einer Wassereismatrix eingebettete Verbindungen lassen sich so aber nur in eingeschränktem Maße untersuchen. Dies gilt vor allem für anorganische Komponenten, die im infraroten Bereich oft nur schwach aktiv oder inaktiv sind. Auch viele organische Verbindungen lassen sich absorptionsspektroskopisch schwer spezifizieren und noch schwerer quantifizieren.Das übergreifende Ziel der gemeinsam mit einem Heisenbergstipendium beantragten Sachbeihilfe ist die chemische Charakterisierung eisiger Körper im Sonnensystem mit einer neuartigen Methode. Es handelt sich dabei um in-situ Massenspektrometrie von Eispartikeln im Weltraum, die mit hoher Geschwindigkeit auf entsprechende Detektoren prallen. Ist der Ursprungsort der Partikel bekannt, läßt sich so auch Zusammensetzung und Geochemie des Mutterkörpers charakterisieren. Dieser zur Absorptionsspektroskopie komplementäre Zugang, dessen Möglichkeiten durch Cassinis Cosmic Dust Analyser (CDA) im Saturnsystem eindrucksvoll aufgezeigt wurden, ist für eisige Materialien geradezu prädestiniert. Im Rahmen des Vorhabens wird diese Methode genutzt und weiterentwickelt. Dazu werden sowohl Daten aktueller Raummissionen (Cassini, Rosetta) verwendet, als auch die optimale Auswertung zukünftiger Raumflüge vorbereitet. Dies wird unterstützt durch eine Reihe von Laborexperimenten mit eisigen Analogmaterialien. In Teilprojekt 1 wird eine Ausweitung der bisherigen Arbeit mit Cassini-CDA Daten auf einer qualitativ neuen Ebene durchgeführt. Ziel ist die umfassende, systematische Beschreibung der Zusammensetzung eisiger Materialien im Saturnsystem. Daraus lassen sich umfassende Erkenntnisse über die Zusammensetzung von Saturns Ringsystem und seinem cryo-vulkanisch aktiven Eismond Enceladus ableiten. Dessen Eisfontänen, die durch warme Risse im Eispanzer des Mondes emporschießen, werden von flüssigem Wasser gespeist und können Erkenntnisse über das astrobiologische Potential des Mondes liefern. Ein zentrales Hilfsmittel bei der Interpretation der CDA-Massenspektren ist die Nutzung der im Teilprojekt 2 beschriebenen Analogexperimente. Diese Apparaturen dienen der Simulation von Hochgeschwindigkeitseinschlägen von Eispartikeln auf der Detektorfläche und sind bei der Interpretation der Weltraum-Daten enorm hilfreich. Dies gilt aber nicht nur für CDA-Spektren, sondern auch für Daten anderer laufender oder zukünftiger Raummissionen wie z.B. Rosetta. Es werden bereits bestehende nationale und internationale Kooperationen und Investitionen genutzt und ausgebaut.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Bernd Abel; Privatdozent Dr.-Ing. Ralf Srama; Professor Dr. Mario Trieloff