Leichtestes Spektrometer der Welt entwickelt

Manchmal ist Wissenschaft mühsam. Manchmal gibt es Rückschläge. Aber manchmal lernt man auch aus diesen Rückschlägen – so wie am Institut für Planetologie der Universität Münster, wo die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Elmar Jessberger erfahren musste, dass sie nicht mit einem eigenen Instrument an der für 2018 geplanten Mars-Mission „ExoMars“ teilnehmen wird. Der Grund: Die Nutzlast wurde reduziert, so dass das von den Münsteranern entwickelte Gerät mit rund zwei Kilo zu schwer war.

Das hat Jessberger und seine Mitarbeiterin Dr. Isabelle Rauschenbach aber erst richtig angespornt. Denn sie haben nun mit finanzieller Unterstützung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ein elementanalytisches Instrument entwickelt, das mit weniger als einem Kilo das leichteste der Welt ist.

Das so genannte LIBS-Spektrometer dient dem quantitativen Nachweis von Elementen bis in den Bereich von einem Millionstel Meter. „Wir schießen einen Laserpuls auf eine Probe. Ein Teil verdampft und produziert ein leuchtendes Plasma. Anhand der spezifischem Spektrallinien kann man erkennen, welche Elemente vorhanden sind, und aus den Intensitäten deren Häufigkeit bestimmen“, erklärt Isabelle Rauschenbach. Solch ein Spektrometer, eingesetzt erst in wenigen wissenschaftlichen Disziplinen, wiegt im Labor zehn bis 20 Kilo. Die Münsteraner konnten es nicht nur miniaturisieren, sondern auch genauere Werte an kleineren geologischen Proben als bisher zu erreichen.

Die Entwicklung für die „Exo-Mars“-Mission wird nun für andere Missionen modifiziert. Besonders kompliziert wird es, wenn nicht in einer Planeten-Atmosphäre, sondern im Vakuum des Weltalls gemessen werden soll. Denn dort spürt das Plasma keinen Gegendruck und verflüchtigt sich in sehr kurzer Zeit in den Raum hinein. Das heißt, die Lichtanalytik muss besonders schnell sein.

Noch eine neue methodischs Eigenschaft von LIBS hat die Arbeitsgruppe entwickelt: Erstmals hat sie damit Wasser nachgewiesen. Wobei es sich nicht um Wasser im allltäglichen Sinn, sondern um Feuchtigkeit in Gesteinsporen handelt. Diese Feuchtigkeit kann auch unterhalb von null Grad Celsius noch flüssig sein – so genanntes „unterkühltes Wasser“. „Je nach den Phasenübergängen im Gefrierprozess trägt der Laser mehr oder weniger Material ab“, so Rauschenbach, „womit wir einen Hinweis auf Wasser haben.“ Wasser ist einerseits eine Grund-bedingung für die Entstehung außerirdischen Lebens und andererseits essenziell für eine bemannte Mondstation als Grundlage für das langfristige Überleben der Astronauten.

Und so hat Elmar Jessberger bereits weitere mögliche Ziele außer dem Mars für das Instrument im Kopf: eine Mond-Mission der europäischen Raumfahrtbehörde, eine japanische Mission zu einem Asteroiden und eine russische Mission zum Jupiter-Mond Europa. Das Weltall ist groß und es gibt viele interessante Ziele mit vielen offenen Fragen …