Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Antarktisgletscher: Raumfahrtprojekt entnimmt unberührte Wasserprobe

10.02.2015

Wissenschaftler des Verbundvorhabens "EnEx – Enceladus Explorer" haben jetzt erstmals eine kontaminationsfreie Wasserprobe in einem Gletscher in der Antarktis entnommen. In einer Tiefe von 16 Metern unter der Eisoberfläche konnten sie subglaziales Wasser finden und mit dem IceMole kontaminationsfrei eine Probe entnehmen. Amerikanische Kollegen analysieren nun die Wasserprobe, die vermutlich über eine Million Jahre von der Außenwelt abgeschlossen war, hinsichtlich enthaltener Mikroorganismen. Die Einschmelzsonde wurde an der FH Aachen von einem Team um Prof. Dr. Bernd Dachwald entwickelt.

Seit den ersten Hinweisen auf flüssige Ozeane unter den dicken Eispanzern einiger Monde des äußeren Sonnensystems wird darüber spekuliert, ob sich dort eigenständiges Leben entwickelt haben könnte.


Blood Falls Camp 2014. Sicht von den Schlafzelten zu den Blood Falls.

FH Aachen / Marco Feldmann


IceMole bahnt sich seinen Weg durch das Eis in Richtung Brine.

FH Aachen / Marco Feldmann

In diesem Zusammenhang ist der kleine Saturnmond Enceladus von besonderem Interesse, der aus Spalten an seinem Südpol Wassereispartikel in den Weltraum schleudert. Durch die NASA-Sonde Cassini konnten darin einfache organische Verbindungen nachgewiesen werden.

Eine Landung zur genaueren Untersuchung der Wasservorkommen wäre ein entscheidender Schritt zur Beantwortung der Frage nach dortigem Leben. Gleichzeitig stellt das aber aufgrund der Abgelegenheit und der extremen Bedingungen eine große technische Herausforderung für zukünftige Raumfahrtmissionen dar.

Eine wesentliche Schlüsselkomponente für eine solche Mission ist eine frei durch das Eis steuer- und navigierbare Einschmelzsonde, die vor sich in das Eis „sehen“ kann und ihre Position darin genau kennt. Mit dem durch das Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) initiierten und geförderten Verbundvorhaben „EnEx – Enceladus Explorer“ wurde in den vergangenen drei Jahren ein wichtiger Schritt zur Entwicklung einer solchen Sonde getan.

In EnEx arbeiten Ingenieure und Wissenschaftler sechs deutscher Hochschulen (FH Aachen, RWTH Aachen, TU Braunschweig, Universität Bremen, Universität der Bundeswehr München, Bergische Universität Wuppertal) eng zusammen, um Schlüsseltechnologien für das navigierbare Schmelzen im Eis zu entwickeln und sie in einem dem Enceladus-Szenario möglichst ähnlichen Feldversuch auf der Erde zu erproben.

Zu den entwickelten Technologien zählen unter anderem ein autonomes (bzw. im ersten Entwicklungsschritt noch halbautonomes) und robustes Navigations- und Detektionssystem sowie ein Dekontaminierungs- und Probenentnahmesystem. Diese wurden speziell für den Einbau in eine an der FH Aachen entwickelte Einschmelzsonde, genannt EnEx-IceMole (EnEx-Eismaulwurf), konzipiert. Prof. Dr. Bernd Dachwald, Professor für Raumfahrttechnik an der FH Aachen, der mit seinem Team seit Jahren an gesteuerten Einschmelzsonden forscht, übernahm die Führung des EnEx-Verbundes.

Im November und Dezember 2014 wurde gemeinsam mit amerikanischen Wissenschaftlern ein fünfwöchiger Feldversuch in der Antarktis durchgeführt. Deren Projekt MIDGE (Minimally Invasive Direct Glacial Exploration) wird parallel von der US-amerikanischen National Science Foundation gefördert.

Ziel der Zusammenarbeit zwischen EnEx- und MIDGE-Forschern war es, mit einem minimal-invasiven Verfahren erstmalig eine unkontaminierte subglaziale Wasserprobe, also eine nicht mit mitgebrachten Mikroorganismen verunreinigte sich unter dem Eis befindliche Wasserprobe, aus den Blood Falls (Blutfällen) in der Antarktis zu entnehmen. Dies ist dem internationalen Team nun während der letzten Tage Ihres Aufenthalts in der Antarktis gelungen. In einer Tiefe von 16 Metern unter der Eisoberfläche konnten sie subglaziales Wasser finden und mit dem IceMole kontaminationsfrei eine Probe entnehmen.

Die amerikanischen Kollegen analysieren nun die Wasserprobe, die vermutlich über eine Million Jahre von der Außenwelt abgeschlossen war, hinsichtlich enthaltener Mikroorganismen. Im Raum steht die Frage, wie Leben in solch extremen Bedingungen überhaupt möglich ist.

An der FH Aachen haben in den vergangenen drei Jahren sieben Ingenieure und Wissenschaftler am Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik sowie zwei Ingenieure und Wissenschaftler am Institut für Bioengineering geforscht, um die ambitionierten Projektziele zu erreichen. Aufgabe des raumfahrttechnischen Teams unter der Leitung von Prof. Dachwald war die Entwicklung der navigierbaren Schmelzsonde als Träger und Schnittstelle für die im Verbund entwickelten Navigationstechnologien.

Dabei konnte das Ingenieurteam um Marco Feldmann zwar auf Erfahrungen aus den früheren studentischen IceMole-Projekten zurückgreifen, es musste aber eine neue modulare Bauweise entwickeln, die es erlaubte, die einzelnen Untersysteme unabhängig an den verschiedenen Standorten der Verbundpartner zu entwickeln und erst kurz vor dem Feldeinsatz einzubauen und zu testen.

Eine der größten Herausforderungen für die Entnahme der Probe lag in der Einstufung der Feldtestregion als international besonders geschütztes Gebiet (ASPA, Antarctic Specially Protected Area). Jeglicher Aufenthalt ist hier mit sehr strengen Auflagen verbunden und macht eine gewissenhafte Sterilisierung der Sonde erforderlich. Natürlich wäre gerade dieser Aspekt auch für den extraterrestrischen Einsatz auf Enceladus unbedingt notwendig, um den Eismond nicht mit irdischen Mikroorganismen zu verseuchen.

Deshalb erarbeitete Dr. Ilya Digel vom Institut für Bioengineering für den EnEx-IceMole eine auf den geltenden Raumfahrtstandards basierende Dekontaminationsstrategie. Das zur Umsetzung der Strategie erforderliche sondeninterne System für das Flüssigkeitsmanagement (Wasserprobe, Schmelzwasser, Dekonaminations¬flüssigkeit) wurde im Raumfahrtlabor von Clemens Espe entwickelt.

Um eventuelle Hindernisse vor der Sonde und die Zielregion im Eis „sehen“ oder besser gesagt „hören“ zu können, entwickelte Peter Linder vom Institut für Bioengineering ein an die medizinische Ultraschallbildgebung angelehntes und an die extremen Umgebungsbedingungen im Eis angepasstes System. Dies erfolgte in enger Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern des III. Physikalischen Instituts B der RWTH Aachen unter der Leitung von Prof. Dr. Christopher Wiebusch.

„Eine für den Einsatz im Feld entwickelte Technologie muss in regelmäßigen Abständen unter realen Einsatzbedingungen getestet werden“, erklärt Prof. Dachwald. Vor der Probenentnahme an den Blood Falls wurden deshalb drei Feldtests durchgeführt, zwei auf dem Morteratschgletscher in der Schweiz und der dritte auf dem Kanadagletscher in den Dry Valleys der Antarktis. Erst danach erhielt das Projekt die offizielle Erlaubnis, die Blood Falls anbohren zu dürfen.

Zwar bildeten die Feldtests den notwendigen Grundstein für den späteren Erfolg an den Blood Falls, allerdings meint EnEx-Projektmanagerin Dr. Julia Kowalski dazu: „Das fest vorgegebene Zeitfenster für den Feldversuch an den Blood Falls hat den Takt für das gesamte Projekt maßgeblich bestimmt und keine Verzögerungen im Zeitplan erlaubt. Dies war neben der Technologieentwicklung eine der großen Herausforderungen von EnEx.“ Die FH-Raumfahrt-Ingenieure Clemens Espe, Marco Feldmann und Gero Francke nahmen an beiden Einsätzen in der Antarktis teil, um die Sonde vor Ort zu betreiben. Als Vierter im Bunde ergänzte 2014 Physiker Dirk Heinen von der RWTH das Feldtestteam.

Mit der erfolgreichen Probenentnahme konnten die Arbeitsgruppen der FH Aachen zusammen mit den anderen EnEx-Verbundpartnern zeigen, dass die entwickelten Technologien grundsätzlich funktionieren und potenziell auch auf Enceladus eingesetzt werden könnten. Die begonnenen Arbeiten sollen in weiteren Forschungsvorhaben innerhalb der „EnEx – Enceladus Explorer“-Initiative des DLR Raumfahrtmanagements fortgeführt werden. An der FH Aachen sind als nächster Entwicklungsschritt Versuche in der Vakuumkammer des Raumfahrtlabors geplant, in welchen das Schmelzverhalten der entwickelten Technologien unter Weltraumbedingungen untersucht wird.

Team Pressestelle | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Auf dem Weg zur optischen Kernuhr
19.04.2018 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

nachricht Laser erzeugt Magnet – und radiert ihn wieder aus
18.04.2018 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Im Focus: Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden

Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung: Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik.

Die typische Wellenlänge des Lichtes, die mit einem Objekt des Mikrokosmos wechselwirkt, ist umso kürzer, je kleiner dieses Objekt ist. Für Atome reicht dies...

Im Focus: Gamma-ray flashes from plasma filaments

Novel highly efficient and brilliant gamma-ray source: Based on model calculations, physicists of the Max PIanck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg propose a novel method for an efficient high-brilliance gamma-ray source. A giant collimated gamma-ray pulse is generated from the interaction of a dense ultra-relativistic electron beam with a thin solid conductor. Energetic gamma-rays are copiously produced as the electron beam splits into filaments while propagating across the conductor. The resulting gamma-ray energy and flux enable novel experiments in nuclear and fundamental physics.

The typical wavelength of light interacting with an object of the microcosm scales with the size of this object. For atoms, this ranges from visible light to...

Im Focus: Wie schwingt ein Molekül, wenn es berührt wird?

Physiker aus Regensburg, Kanazawa und Kalmar untersuchen Einfluss eines äußeren Kraftfeldes

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Nachhaltige und innovative Lösungen

19.04.2018 | HANNOVER MESSE

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur optischen Kernuhr

19.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics