Quelle: Freie Universität Berlin 25. März 2024.

25. März 2024 – Die unterirdischen Ozeane einiger Eismonde von Saturn und Jupiter sind Kandidaten für die Suche nach außerirdischem Leben. Eine laborbasierte Studie, durchgeführt größtenteils von Wissenschaftlern von Freier Universität Berlin und University of Washington in Seattle, zeigt, dass Leben, wenn es dort welches gibt, nachweisbar ist. Und zwar in einzelnen ausgestoßenen Eisteilchen. „Wir konnten erstmals zeigen, dass Zellmaterial von Bakterien mit einem Massenspektrometer auf einer Raumsonde nachweisbar ist“, betont Dr. Fabian Klenner, Leiter der Studie. Klenner ist Postdoc am Department of Earth and Space Sciences der University of Washington, zuvor forschte er an der Freien Universität Berlin.

Die Studie mit dem Titel „How to identify cell material in a single ice grain emitted from Enceladus or Europa“ wurde am 22. März in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht (doi.org/10.1126/sciadv.adl0849, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl0849).

“Unsere Ergebnisse zeigen zunehmend, dass zukünftige Instrumente in der Lage sind, auf Eismonden winzige Lebensformen aufzuspüren, die denen ähneln, die wir von der Erde kennen“, betont Dr. Fabian Klenner, der Leiter der Studie.

Die Cassini Mission, die bis 2017 im Saturnsystem operierte, hatte in der Nähe des Südpols des eisigen Saturnmondes Enceladus nahezu parallele Risse entdeckt. Aus diesen Rissen strömen Gase und Eispartikel in das Weltall, die von dem unterirdischen Ozean des Mondes stammen. Europa, ein Eismond von Jupiter, wird bald detailliert von Instrumenten auf NASA’s Europa Clipper Raumsonde untersucht werden. Start der Mission ist für Oktober diesen Jahres (2024) vorgesehen.

In Vorbereitung auf diese und andere zukünftige Missionen untersuchen Forschende, was moderne Instrumente auf den Eismonden finden könnten. Aufgrund der hohen relativen Geschwindigkeiten der Eisteilchen zur Raumsonde, ist es sehr schwierig, Einschläge von einzelnen Eisteilchen auf Massenspektrometer zu simulieren. Die Forschenden haben stattdessen ein Experiment an der Freien Universität Berlin genutzt. Mit dem Versuchsaufbau haben die Forschenden einen dünnen Wasserstrahl in eine Vakuumkammer injiziert. Der Wasserstrahl zerfällt in winzige Tröpfchen, die dann mit einem Laser beschossen wurden. Die durch den Laserbeschuss entstandenen geladenen Teilchen wurden in einem Massenspektrometer im Labor untersucht, um vorherzusagen, was Instrumente auf Raumsonden detektieren würden.

Die neu veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass Instrumente, die für zukünftige Raumsonden vorgesehen sind, Zellmaterial aufspüren können. Und das funktioniert sogar, wenn das Zellmaterial in nur sehr wenigen einzelnen Eisteilchen vorhanden wäre. Ein Instrument, das diese Fähigkeit besitzt, ist der SUrface Dust Analyzer auf Europa Clipper.

Für ihre Studie verwendeten die Forschenden Sphingopyxis alaskensis, ein Bakterium, das in Gewässern von Alaska vorkommt. Im Vergleich zu Escherichia coli, einem gängigen Modellorganismus für Studien auf der Erde, leben die viel kleineren S. alaskensis Bakterien in kalter Umgebung und können mit nur wenigen Nährstoffen auskommen. Aufgrund all dieser Eigenschaften ist dieser Organismus womöglich ein geeigneterer Kandidat für potenzielles Leben auf einem Eismond.

“Die Bakterien sind extrem klein, sodass sie theoretisch in die ausgestoßenen Eisteilchen passen”, erläutert Fabian Klenner.

Von früheren Studien ist bekannt, dass verschiedene Substanzen in einem unterirdischen Ozean in einzelnen Eisteilchen getrennt ausgestoßen werden. Die neue Studie zeigt, dass die Analyse einzelner Eisteilchen deutlich vorteilhafter ist, um mögliches Leben zu identifizieren, als zuerst Milliarden von Eisteilchen zu sammeln und alle gemeinsam zu analysieren.

In einer weiteren Studie, die von den gleichen Wissenschaftlern angeleitet wurde, wurden kürzlich Phosphate in Enceladus‘ Ozean nachgewiesen. Enceladus hat somit genügend Energie, Wasser, Phosphate und andere Salze, sowie kohlenstoffbasiertes organisches Material, was es zunehmend wahrscheinlicher macht, dass der Mond lebensfreundliche Bedingungen für bakterielle Lebensformen wie wir sie von der Erde kennen aufweist.

Die Forschenden vermuten, dass Bakterien, wenn sie eine Lipidmembran besitzen, eine hauchdünne Schicht auf der Oberfläche des Ozeans bilden würden. Ein Prozess, den man von der Erde kennt. Auf einem Eismond, bei dem der Ozean mit der Oberfläche verbunden ist (z.B. durch Risse in der Eiskruste), bringt der Druckunterschied zum Vakuum des Weltalls den kalten Ozean zum Kochen. Zudem platzen Gasblasen, die im Ozean aufsteigen, an der Wasseroberfläche, wodurch Zellmaterial in sich bildende Eisteilchen eingeschlossen werden könnte.

“Wir beschreiben hier ein plausibles Szenario wie Bakterien in Eisteilchen eingeschlossen werden könnten, die sich von flüssigem Wasser auf Enceladus oder Europa bilden und dann in das Weltall ausgestoßen werden“, sagt Fabian Klenner.

Der SUrface Dust Analyzer auf Europa Clipper hat bessere analytische Fähigkeiten als Instrumente vergangener Missionen. Zudem wird dieses Instrument zum ersten Mal in der Lage sein, negativ geladene Ionen von Einschlägen der Eisteilchen zu detektieren, was vorteilhaft für das Aufspüren möglicher Fettsäuren und Lipide ist.
“Ich finde es sogar etwas spannender, nach Lipiden oder Fettsäuren zu suchen als nach den Bestandteilen von DNA, da Fettsäuren etwas stabiler zu sein scheinen“, ergänzt Fabian Klenner.

“Mit geeigneten Instrumenten, wie zum Beispiel dem SUrface Dust Analyzer auf NASA’s Europa Clipper Raumsonde, könnte es einfacher sein als wir dachten, Spuren von Leben auf einem Eismond zu finden”, erklärt Prof. Frank Postberg, Mitautor der Studie. Frank Postberg ist Professor für Planetologie am Institut für Geologische Wissenschaften der Freien Universität Berlin. „Die Voraussetzung ist natürlich, dass es dort Leben gibt und die Lebensformen auch in Eisteilchen eingeschlossen werden, die sich z.B. aus flüssigem Wasser unter der Eiskruste bilden“

Die Studie wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC), der NASA und der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. Die weiteren Mitautoren sind Janine Bönigk, Dr. Maryse Napoleoni, Dr. Jon Hillier und Dr. Nozair Khawaja von der Freien Universität Berlin, Prof. Karen Olsson-Francis von The Open University in Großbritannien, Dr. Morgan Cable und Dr. Michael Malaska von NASA’s Jet Propulsion Laboratory (USA), Prof. Sascha Kempf von der University of Colorado in Boulder (USA) und Prof. Bernd Abel von der Universität Leipzig.

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• Europa Clipper (EC) zum Jupitermond Europa

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Quelle: WWU 16. Januar 2024.

16. Januar 2024 – Die dunklen Bereiche auf der Oberfläche des Mondes, die wir auch von der Erde aus erkennen können, bestehen aus Basalten. Sie sind auf den ersten Blick den Basalten auf der Erde sehr ähnlich. Allerdings sind viele Mondbasalte reich an Titan, wie Analysen dieser Gesteine aus mehreren Apollo-Missionen der US-Bundesbehörde für Raumfahrt, NASA, zeigen. Dabei handelt es sich um ein Übergangsmetall, das in terrestrischen Basalten nur in Spuren vorhanden ist. Es gibt einige Theorien, wie diese ungewöhnlichen Gesteine auf dem Mond entstanden sind.

Wissenschaftler der Universitäten Münster und Bristol (England) haben nun das Rätsel gelöst: Sie haben die isotopische Zusammensetzung dieser lunaren Gesteine mit extrem hoher Genauigkeit in neuartigen Massenspektrometern gemessen. Ihr Ergebnis: Die titanreichen Basalte müssen durch eine unvollständige Reaktion von titanreichen Schmelzen mit Nebengesteinen tief im lunaren Mantel entstanden sein. Die Ergebnisse sind nun in der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ erschienen. „Die Entstehung dieser Basalte wird seit über 50 Jahren intensiv diskutiert. Mit unseren Studienergebnissen können wir hiermit die Diskussion neu aufrollen“, betont Prof. Dr. Stephan Klemme vom Institut für Mineralogie der Universität Münster.

Originalpublikation:
doi.org/10.1038/s41561-023-01362-5
https://www.nature.com/articles/s41561-023-01362-5
pdf: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01362-5.pdf

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• Mond

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Quelle: Universität Bayreuth 28. September 2022.

28. September 2022 – Wegen seines außergewöhnlichen Gewichts und seiner Größe musste eines der beiden Massenspektrometer mit einem Kran von außen in den zweiten Stock des BGI-Gebäudes gehievt werden. Hier wurden die beiden Geräte in einem Reinraumlabor für Kosmochemie installiert, das derzeit eingerichtet wird.

„Mit den beiden Massenspektrometern lässt sich die Zusammensetzung von Weltraumgestein sehr genau analysieren: Wir können bestimmen, welche chemischen Elemente in welcher Häufigkeit in einer Probe enthalten sind, und ebenso können wir in Bezug auf jedes dieser Elemente genau feststellen, welche Isotopenzusammensetzung sie in den untersuchten Materialien haben. Diese Erkenntnisse verraten uns etwas über die Herkunft und Entstehungsgeschichte der Materialien. Die Kompetenzen des BGI im Hinblick auf die Untersuchung extraterrestrischer Materialien werden auf diese Weise erheblich gestärkt. Ein Schwerpunkt unserer Forschung wird die Materialanalyse von Meteoriten sein, die auf der Erde eingeschlagen sind, sowie von Proben, die von Raumfahrtmissionen zurückgebracht wurden“, erklärt Prof. Dr. Audrey Bouvier, Kosmochemikerin am BGI. Sie wurde kürzlich von der National Aeronautics and Space Administration (NASA) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zum Mitglied der Mars Sample Return Campaign Science Group ernannt. Dieses Gremium legt unter anderem die wissenschaftlichen Ziele der laufenden Probensammlung auf dem Mars fest und entscheidet über die Aufbewahrung und Verteilung der Proben für wissenschaftliche Analysen.

Eines der beiden neuen Spektrometer ist ein Plasmaquellen-Magnetsektor-Massenspektrometer mit der Bezeichnung „ThermoScientific Neoma MC-ICP-MS/MS“. Das BGI ist jetzt die erste Forschungseinrichtung in Deutschland, die über ein derartiges Spektrometer verfügt. Das Gerät ermöglicht es, die in Spurenmetallen enthaltenen Isotope und deren Häufigkeit mit bisher unerreichter Präzision zu messen. Es wird am BGI vor allem für Analysen von terrestrischen und extraterrestrischen Proben eingesetzt, kann aber auch für ökologische, archäologische und biologische Untersuchungen genutzt werden.

Das zweite Spektrometer ist ein Massenspektrometer namens „Thermo Scientific iCAP Triple-Quadrupol-ICP-MS“. Mit ihm lassen sich die Häufigkeiten von Spurenelementen in Lösungen oder Feststoffen genau bestimmen. Selbst wenn die Spurenelemente nur einen billionstel Teil einer Probe ausmachen, können sie gemessen werden.

Beide Massenspektrometer können in Verbindung mit einer so genannten „ESI-Laser-Excimer-Ablationsquelle“ eingesetzt werden, die ebenfalls am BGI vorhanden ist. Mit diesem Gerät lassen sich zum Beispiel winzige Partikel aus Mineralen abtrennen, die dann für die jeweiligen massenspektrometrischen Analysen zur Verfügung stehen. Werden alle drei Geräte kombiniert, kann die chemische und isotopische Zusammensetzung einer Probe gleichzeitig bestimmt werden.

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• Meteoriten & Co – Boten aus dem Weltall.

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Quelle: Freie Universität Berlin 15. September 2022.

15. September 2022 – Einige der Eismonde im äußeren Sonnensystem beherbergen potenziell bewohnbare Ozeane, wie zum Beispiel der Jupitermond Europa oder der Saturnmond Enceladus. Massenspektren, die von Raumsonden in der Umgebung dieser Monde aufgenommen werden, erlauben Rückschlüsse auf die Zusammensetzungen der Ozeane. Eine detaillierte Auswertung dieser Daten erfordert Kalibrationsexperimente in einem Labor der Freien Universität Berlin. Dort wurden bisher tausende Massenspektren aufgenommen, die zunehmend schwierig mit den Weltraumdaten zu vergleichen sind. Um dieses Problem zu lösen, wurde innerhalb der Arbeitsgruppe Planetologie und Fernerkundung eine umfangreiche Datenbank entwickelt.

Die Datenbank beinhaltet alle Laborspektren und erlaubt es, die gespeicherten Daten nach einer Vielzahl von Parametern zu filtern. Dies erleichtert und verbessert die Auswertung von Massenspektren aus dem Weltall erheblich, wie z.B. jene, die vom SUrface Dust Analyzer aufgenommen werden, der sich an Bord von NASA’s bevorstehender Europa Clipper mission befindet.

Ein freigegebener Teil der Daten ist öffentlich zugänglich unter LILBID spectral reference library. Die Studie von Klenner et al. wurde kürzlich in Earth and Space Science veröffentlicht.

Veröffentlichung
Fabian Klenner, Muhammad Umair, Sebastian H. G. Walter, Nozair Khawaja, Jon Hillier, Lenz Nölle, Zenghui Zou, Maryse Napoleoni, Arnaud Sanderink, Wilhelm Zuschneid, Bernd Abel, Frank Postberg: Developing a Laser Induced Liquid Beam Ion Desorption Spectral Database as Reference for Spaceborne Mass Spectrometers, doi.org/10.1029/2022EA002313,
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022EA002313,
pdf: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/2022EA002313.

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• Europa Clipper (EC) zum Jupitermond Europa

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Quelle: Universität Bern 5. Juli 2022.

5. Juli 2022 – Die Entdeckung gelang dank der Analyse von Daten, die während der Rosetta-Mission der ESA vom Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, kurz Chury, gesammelt wurden. Solche organischen Stoffe, die durch Kometeneinschläge auch auf die frühe Erde gelangten, könnten dazu beigetragen haben, das kohlenstoffbasierte Leben, wie wir es kennen, in Gang zu setzen.

Kometen sind Fossilien aus der Urzeit und den Tiefen unseres Sonnensystems und sind Überbleibsel der Entstehung von Sonne, Planeten und Monde. Einem Team unter der Leitung der Chemikerin Dr. Nora Hänni vom Physikalischen Institut der Universität Bern, Abteilung Weltraumforschung und Planetologie, ist es nun gelungen, erstmals eine ganze Reihe komplexer organischer Moleküle bei einem Kometen zu identifizieren. Dies berichten die Forschenden in einer Studie, die Ende Juni in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde.

Genauere Analyse dank Berner Massenspektrometer
Mitte der 1980er Jahre schickten die grossen Raumfahrtagenturen eine Flotte von Raumfahrzeugen aus, um am Halleyschen Kometen vorbeizufliegen. An Bord befanden sich mehrere Massenspektrometer, die die chemische Zusammensetzung sowohl der Kometenkoma – der dünnen Atmosphäre, die durch die Sublimation von Kometeneis in der Nähe der Sonne entsteht –, als auch von Staubpartikeln untersuchten. Die von diesen Instrumenten gesammelten Daten verfügten jedoch nicht über die erforderliche Auflösung, um eine eindeutige Bestimmung der Zusammensetzung des Kometen zu ermöglichen. Mehr als 30 Jahre später hat das hochauflösende Massenspektrometer ROSINA, ein Instrument unter der Leitung der Universität Bern an Bord der ESA-Raumsonde Rosetta, zwischen 2014 und 2016 Daten über den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, auch bekannt als Chury, gesammelt. Diese Daten gestatten den Forschenden nun zum ersten Mal, Licht in den komplexen organischen Haushalt von Chury bringen.

Das Geheimnis lag im Staub verborgen
Als Chury sein Perihel erreichte, den sonnennächsten Punkt, wurde er sehr aktiv. Das sublimierende Kometeneis erzeugte einen «Ausfluss», der Staubpartikel mit sich zog. Die abgestoßenen Partikel wurden durch die Sonneneinstrahlung auf Temperaturen aufgeheizt, die über denen liegen, die typischerweise auf der Kometenoberfläche herrschen. Dadurch gelangten größere und schwerere Moleküle in die Gasphase und konnten vom hochauflösenden Massenspektrometer ROSINA-DFMS (Rosetta Orbiter Sensor for Ion and Neutral Analysis-Double Focusing Mass Spectrometer) gemessen werden.

Die Astrophysikerin Prof. em. Dr. Kathrin Altwegg, Hauptverantwortliche für das ROSINA-Instrument und Mitautorin der neuen Studie, sagt: «Aufgrund der extrem staubigen Bedingungen musste sich die Raumsonde auf eine sichere Distanz von etwas mehr als 200 km über der Kometenoberfläche zurückziehen, damit die Instrumente unter stabilen Bedingungen arbeiten konnten.» So war es möglich, Teilchen aufzuspüren, die aus mehr als einer Handvoll Atome bestehen und die zuvor im Kometenstaub verborgen geblieben waren.

Die Interpretation der komplexen ROSINA-Daten ist eine Herausforderung. Dem Berner Forschungsteam ist es jedoch gelungen, eine Reihe komplexer organischer Moleküle zu identifizieren, die bisher noch nie in einem Kometen nachgewiesen wurden. «Wir haben zum Beispiel Naphthalin gefunden, das für den charakteristischen Geruch von Mottenkugeln verantwortlich ist. Auch fanden wir Benzoesäure, ein natürlicher Bestandteil von Weihrauch. Und wir identifizierten Benzaldehyd, das weithin verwendet wird, um Lebensmitteln ein Mandelaroma zu verleihen und viele weitere Moleküle», erklärt die Chemikerin des ROSINA-Teams Nora Hänni. Diese komplexen organischen Stoffe würden den Geruch von Chury offenbar noch vielfältiger als bisher angenommen machen, aber auch angenehmer, so Hänni.

Abgesehen von wohlriechenden Molekülen wurden im organischen Haushalt von Chury auch viele mit sogenannter präbiotischer Funktionalität identifiziert (zum Beispiel Formamid). Solche Verbindungen sind wichtige Zwischenstufen bei der Synthese von Biomolekülen (zum Beispiel Zucker oder Aminosäuren). «Es scheint deshalb wahrscheinlich, dass einschlagende Kometen – als wesentliche Lieferanten von organischem Material – auch zur Entstehung von kohlenstoffbasiertem Leben auf der Erde beigetragen haben», erklärt Hänni.

Ähnliche organische Stoffe in Saturn und Meteoriten
Neben der Identifizierung einzelner Moleküle führten die Forschenden auch eine detaillierte Charakterisierung des gesamten Ensembles komplexer organischer Moleküle im Kometen Chury durch, um ihn in den größeren Kontext des Sonnensystems einordnen zu können. Parameter wie die durchschnittliche Summenformel dieses organischen Materials oder die durchschnittliche Bindungsgeometrie der darin enthaltenen Kohlenstoffatome sind für diverse wissenschaftliche Bereiche von Bedeutung, von der Astronomie bis zur Sonnensystemforschung.

«Es hat sich herausgestellt, dass der komplexe organische Haushalt von Chury im Durchschnitt identisch ist mit dem löslichen Teil der organischen Materie von Meteoriten», erklärt Hänni und ergänzt: «Starke Ähnlichkeiten gibt es – abgesehen von der relativen Menge der Wasserstoffatome – auch zum organischen Material, das auf Saturn von seinem innersten Ring herabregnet, wie es mit dem INMS-Massenspektrometer an Bord der NASA-Raumsonde Cassini nachgewiesen wurde», erklärt Hänni.

«Wir finden nicht nur Ähnlichkeiten zu den organischen Reservoirs im Sonnensystem, sondern viele der organischen Moleküle von Chury sind auch in Molekülwolken, den Geburtsstätten neuer Sterne, vorhanden», so Prof. Dr. Susanne Wampfler, Astrophysikerin am Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern und Mitautorin der Publikation. «Unsere Ergebnisse sind konsistent mit dem Szenario eines gemeinsamen präsolaren Ursprungs der verschiedenen organischen Reservoirs des Sonnensystems und bestätigen, dass Kometen tatsächlich Material aus der Zeit lange vor der Entstehung unseres Sonnensystems enthalten,» so Wampfler abschließend.

Publikation
N. Hänni, K. Altwegg, M. Combi, S. A. Fuselier, J. De Keyser, M. Rubin, and S. F. Wampfler: Identification and characterization of a new ensemble of cometary organic molecules, Nature Communications,13, 3639 (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-31346-9.
https://www.nature.com/articles/s41467-022-31346-9

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• Rosetta – wissenschaftliche Instrumente und Ergebnisse

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Quelle: Universität Bern.

Die Frage, ob außerhalb der Erde Leben existiert, ist einer der fundamentalsten Fragen der Menschheit. Zukünftige Missionen der NASA zielen beispielsweise darauf ab, die prominenten Eismonde von Jupiter und Saturn vor Ort zu untersuchen, welche eventuell Leben in den flüssigen Ozeanen unterhalb einer dicken Eisschicht beherbergen. Der Nachweis von Spuren von Leben außerhalb der Erde ist jedoch extrem anspruchsvoll. Hochsensitive Instrumente sind nötig, welche vor Ort möglichst autonom und mit hoher Präzision Messungen vornehmen – Millionen von Kilometern entfernt von der Erde also, ohne die direkte Unterstützung des Menschen.

Nun hat eine internationale Gruppe von Forschenden unter der Leitung von Andreas Riedo und Niels Ligterink von der Universität Bern ORIGIN entwickelt, ein Massenspektrometer, das Kleinstmengen von solchen Spuren von Leben detektieren und identifizieren kann. Sie beschreiben das Instrument in einem kürzlich erschienen Artikel im Fachjournal Nature Scientific Reports. Niels Ligterink vom Center for Space and Habitability (CSH) ist Erstautor der internationalen Studie, und Ko-Autor Andreas Riedo vom Physikalischen Institut der Universität Bern hat das Instrument in den Laboratorien der Weltraumforschung und Planetologie des Physikalischen Instituts entwickelt. Bereits haben verschiedene internationale Weltraumkonsortien, allen voran die NASA, Interesse bekundet, ORIGIN für zukünftige Missionen zu testen.

Neues Instrument benötigt
Seit der ersten Marsmission «Viking» in der 1970er Jahren versucht die Menschheit mit hoch spezialisierten Instrumenten, die auf Landeplattformen und Rovern installiert sind, Spuren von Leben auf dem Mars zu finden. Der Mars war in jungen Jahren erdähnlich, besaß eine dichte Atmosphäre und auch flüssiges Wasser. Wie Niels Ligterink erklärt, hat der Mars im Laufe Zeit aber seine schützende Atmosphäre verloren: «In Folge dessen ist die Marsoberfläche hoher Sonnen- und kosmischer Strahlung ausgesetzt, welche Leben an der Oberfläche verunmöglicht.» Momentan wird der Mars vom NASA-Rover «Curiosity» im Detail untersucht, allerdings bis jetzt ohne konkrete Hinweise auf Spuren von Leben.

Seit der Entdeckung der globalen Ozeane unterhalb kilometerdicker Eisschichten auf dem Jupiter-Mond Europa und dem Saturn-Mond Enceladus durch die Missionen Cassini und Galileo, sind diese zwei Objekte bei Forschenden näher ins Zentrum der Suche nach extraterrestrischem Leben gerückt. Nach heutigen Kenntnissen besitzen die Ozeane sämtliche Eigenschaften, die nicht nur für das Entstehen von Leben nötig sind, sondern stellen auch Umgebungen dar, in denen Leben längerfristig existieren kann. So plant die NASA um 2030 mit einer Mission auf dem Jupiter-Mond Europa zu landen und vor Ort Messungen vorzunehmen. Das Ziel: Identifizierung von Leben. Ko-Autor Prof. Dr. Peter Wurz vom Physikalischen Institut der Universität Bern sagt: «Konzepte, die speziell für den Mars entwickelt wurden, können jedoch nicht ohne weiteres auf anderen Objekten in unserem Sonnensystem angewendet werden, da diese sehr verschieden sind. Neuartige Instrumente mit höherer Sensitivität und simpler und robuster Analytik müssen konzipiert und eingesetzt werden».

Nie dagewesene Messsensitivität für den Nachweis von Leben im All
ORIGIN ist ein solches neues Instrument, welches bisherige Space-Instrumente in seiner Messsensitivität um ein Vielfaches übertrifft. Verschiedene internationale Weltraumkonsortien haben großes Interesse für das Instrument für zukünftige Missionen bekundet. Andreas Riedo sagt: «So hat uns beispielsweise die NASA eingeladen, unser Instrument in der Arktis zu testen. Die Arktis ist eine optimale Testumgebung in Hinblick einer möglichen EUROPA LANDER-Mission, die 2025 startet, die uns ermöglicht, die Vorzüge von ORIGIN aufzuzeigen.»

Aminosäuren sind wichtige Bestandteile unseres Lebens, so wie wir es auf unserer Erde kennen. Ein gleichzeitiger Nachweis bestimmter Aminosäuren auf extraterrestrischen Oberflächen, wie derjenigen von Europa, ließen auf mögliches Leben schließen. Das von den Berner Forschenden entwickelte Messprinzip ist simpel. Niels Ligterink erklärt: «Laser-Impulse werden auf die zu untersuchende Oberfläche gerichtet. Dabei lösen sich Kleinstmengen an Material, das in einem zweiten Schritt von ORIGIN auf dessen chemische Zusammensetzung untersucht wird». Andreas Riedo ergänzt: «Das Überzeugende an unserer Technik ist, dass keine komplizierten Probenaufbereitungen vorgenommen werden müssen, welche das Resultat eventuell beeinflussen können. Dies war bis anhin eines der größten Probleme auf dem Mars», so Riedo. Die bis jetzt mit ORIGIN analysierten Aminosäuren besitzen einen spezifischen chemischen Fingerabdruck, welcher deren Identifikation direkt ermöglicht. Niels Ligterink: «Wir haben ehrlich gesagt nicht erwartet, bei unseren ersten Messungen bereits Aminosäuren bestimmen zu können.»

Die Entdeckung von Spuren von vergangenem oder gegenwärtigem Leben auf Objekten unseres Sonnensystems jenseits der Erde ist von großer Bedeutung für ein besseres Verständnis des Vorhandenseins von Leben im Universum und seiner Entstehung. Andreas Riedo sagt: «Unsere neue Messtechnik ist eine echte Verbesserung zu den gegenwärtig angewandten Instrumenten auf Weltraummissionen. Sollten wir auf einer zukünftigen Mission mit dabei sein, könnten wir mit ORIGIN eventuell einer der fundamentalsten Fragen der Menschheit lösen: Gibt es Leben im All?».

Angaben zur Publikation:
Niels F.W. Ligterink et al.: ORIGIN: a novel and compact Laser Desorption – Mass Spectrometry system for sensitive in situ detection of amino acids on extraterrestrial surfaces, Nature Scientific Reports, 15.06.2020.

Berner Weltraumforschung: Seit der ersten Mondlandung an der Weltspitze
Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es noch vor der amerikanischen Flagge in den Boden des Mondes. Dieses Solarwind Composition Experiment (SWC), welches von Prof. Dr. Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant und ausgewertet wurde, war ein erster grosser Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung. Die Berner Weltraumforschung ist seit damals an der Weltspitze mit dabei. In Zahlen ergibt dies eine stattliche Bilanz: 25mal flogen Instrumente mit Raketen in die obere Atmosphäre und Ionosphäre (1967-1993), 9mal auf Ballonflügen in die Stratosphäre (1991-2008), über 30 Instrumente flogen auf Raumsonden mit, und mit CHEOPS teilt die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission. Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalsfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

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• Leben im Sonnensystem

Der Beitrag ORIGIN: Kleinstmengen von Spuren von Leben nachweisen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Oliver Karger. Quelle: NASA, JPL.

Knapp 20 Jahre befindet sich die planetare Erkundungssonde Cassini im All. Die bereits 2010 begonnene siebenjährige Erweiterungsmission brachte vor allem weitere Beobachtungen der Jahreszeitenwechsel von Saturn und dessen Mond Titan. Innerhalb dieser Missionsphase sollte der gesamte Resttreibstoff verbraucht werden, um das Saturnsystem möglichst lange erkunden zu können und die Mission schließlich in Saturns Atmosphäre zu beenden. Im April 2017 wurde Cassini mit einem letzten Orbitmanöver auf Kollisionskurs mit dem zweitgrößten Planeten des Sonnensystems gebracht. In den folgenden fünf Monaten tauchte die Sonde insgesamt 22 Mal unmittelbar zwischen den Ringen und den oberen Atmosphärenschichten hindurch, kam dabei dem Planeten so nah wie nie zuvor und schickte beeindruckende Bilder zur Erde.

Am 15. September 2017 schließlich wird sich Cassini ein letztes Mal dem großen Ringplaneten nähern, in dessen Atmosphäre eintauchen und so lange wissenschaftliche Daten senden, wie es die kleinen Lageregelungstriebwerke schaffen, die Hauptantenne in Richtung Erde auszurichten. Kurz darauf wird Cassini wie ein Meteor verglühen.

Bis zum Ende ist die Cassini-Mission eine spannende und aufregende Entdeckungsreise. Gestartet am 15. Oktober 1997 vom Cape Canaveral, USA an Bord einer Titan IV-B, befindet sich Cassini seit dem 30. Juni 2004 im Orbit um Saturn. Die vier Jahre dauernde Primärmission wurde zweimal verlängert, da sich die Sonde in guten Zustand befand und ausreichend Treibstoffreserven für eine Fortführung vorhanden waren. Zwei Highlights der Mission sind die Entdeckungen eines globalen Ozeans unter dem Eismantel des Mondes Enceladus, welcher auf hydrothermale Aktivitäten schließen lässt, und flüssige Methanseen auf Saturns größtem Mond Titan.

Das große Finale

Im April 2017 begann das letzte, aufregende Kapitel in der 20 Jahre währenden Entdeckungsgeschichte – das große Finale.

Jede Woche tauchte Cassini in die etwa 2000 km breite Lücke zwischen den oberen Atmosphärenschichten und des Ringsystems und erstellte beeindruckende Fotos. Mit dem letzten nahen Flyby am Titan wurde das Gravitationsfeld des Mondes genutzt, um Cassinis Flugbahn unter die Ringe abzusenken. Der minimale Abstand variierte dabei zwischen 1600 bis 4000 km, beeinflusst durch weitere, jedoch entferntere Vorbeiflüge an Titan. Dabei streifte Cassini mal den inneren Rand der Ringe, dann den oberen Rand der Atmosphäre. Während der letzten fünf Orbits flog die Sonde bereits durch die oberste Atmosphärenschicht, bevor sie dort am Freitag nun letztmalig eintauchen wird. Obwohl das Operationsteams zuversichtlich ist, alle Risiken verstanden zu haben, können dennoch Überraschungen passieren. Es ist die Art von kühnem Abenteuer, das höchstens am Ende einer Mission unternommen wird, ähnlich zu Rosettas Landung auf dem Kometen 67P/Tschurjumov-Gerasimenko Ende September 2016.

Einzigartige Wissenschaft bis zum Ende

Während Cassini in den Saturn stürzt, wird das Raumfahrzeug wertvolle Informationen sammeln, die bisher nicht aufgenommen werden konnten, da das Risiko eines Komplettverlusts der Mission zu hoch gewesen wäre. So soll eine detaillierte Karte des Gravitations- und Magnetfelds erstellt werden, um die interne Zusammensetzung des Planeten besser zu verstehen. Möglicherweise helfen die Daten zu klären, wieso die Eigenrotation des Saturn so hoch ist. Weiterhin soll die Menge des Materials in den Ringen bestimmt werden, um deren Ursprung besser verstehen zu können. Eisteilchen aus den Ringen, die durch Saturns Magnetfeld in die Atmosphäre strömen, werden mit Cassinis Teilchendetektoren gemessen.

Die letzten Bilder, welche von Saturns Ringen und den Wolken in der Atmosphäre angefertigt werden, sollen bereits einige Stunden vor dem finalen Sturz zur Erde gesendet werden. Während des Flugs in die Atmosphäre wird unter anderem Cassinis Massenspektrometer kontinuierlich die Zusammensetzung der Gashülle messen und zur Erde senden, bis der Kontakt abbricht.

Warum die Mission endet

Die Cassini-Sonde befindet sich knapp 20 Jahre im All, sieben Jahre auf dem Weg von der Erde zum Saturn, dann schließlich knapp 13 Jahre im Saturnsystem. Der nötige Treibstoff, um Kursanpassungen und die Lageausrichtung vorzunehmen, ist inzwischen fast komplett aufgebraucht. Würde die Mission fortgesetzt werden, kann die Flugbahn der Sonde ohne Treibstoff nicht mehr beeinflusst werden, und damit zu einer Bedrohung für zwei wissenschaftlich äußerst interessante Monde, Enceladus und Titan, werden. Cassinis Beobachtungen selber lieferten Belege, dass dort potentiell habitable oder wenigstens präbiotische Umweltbedingungen vorhanden sein könnten.

Um den zwar unwahrscheinlichen, aber nicht auszuschließenden Fall, dass Cassini eines Tages auf einen dieser Monde stürzt und diesen kontaminiert zu vermeiden, hat sich die NASA entschlossen, den Satelliten in der Saturnatmosphäre verglühen zu lassen. Damit wird sichergestellt, dass zukünftige Mission unberührtes Terrain erforschen können.

Auch wenn es schade ist, dass diese Mission zu Ende geht, Cassinis finaler Sturz in den Saturn wird ein spektakulärer Abschluss einer wissenschaftlich sehr erfolgreichen Mission im Sonnensystem sein. Die enorme Datenmenge vom Planeten Saturn selber, seiner Magnetosphäre, Ringen und Monden wird sicherlich noch weitere tolle Entdeckungen für die nächsten Jahre, wenn nicht sogar Jahrzehnten bereithalten.

Die NASA wird verschiedene Livestreams anbieten, welche hier zu finden sind.

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Cassini Thread (Einträge seit dem 13. September 2017)

Weiterlesen auf Raumfahrer Net:
Besonderes Manöver zum Abschluss der Cassini-Mission (29. April 2017)

Der Beitrag Goodbye Cassini – das große Finale erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA.

Als am 14. Dezember 2013 anlässlich der bevorstehenden Landung von Chang`e 3 viele Augen auf den Mond gerichtet waren, zielten auch eine Anzahl von Messinstrumenten auf den Mond. Unter ihnen befanden sich die Instrumente des Mondorbiters LADEE der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur (NASA).

LADEE war rechtzeitig von der Erde aus mit einer Reihe von Kommandos versorgt worden, die die Instrumentennutzlast der Sonde in einen für die geplanten Beobachtungen geeigneten Modus versetzten. Außerdem wurde die Instrumentennutzlast so programmiert, dass sie vor und nach der Landung von Chang`e 3 Vergleichsmessungen der Atmosphärenzusammensetzung und von Staubvorkommen vornehmen konnte.

Das Neutral Mass Spectrometer (NMS), ein Massenspektrometer für ungeladene Partikel, wurde speziell so eingestellt, dass es Spuren von Substanzen in der Mondatmosphäre nachweisen kann, die vom Antriebssystem des chinesischen Landers hinterlassen werden. Zu Verbrennungsprodukten, mit denen man rechnete, gehören Moleküle von Stickstoff (N₂), Wasser (H₂O) und Wasserstoff (H₂).
Die anderen beiden Hauptinstrumente von LADEE, das Lunar Dust Experiment (LDEX) zur Erfassung der Staubverteilung über der Mondoberfläche, und das Ultraviolet/Visible Spectrometer (UVS) zur Analyse der von der Exosphäre reflektierten Sonnenstrahlung verblieben in ihrem jeweiligen Standartbetriebsregime. Material, das bei der von Triebwerksschub gebremsten Landung von Chang`e 3 fort geschleudert werden kann, sollte so detektierbar sein, sofern es die Sonde bzw. ihr Messfeld erreicht.

Der Landeplatz von Chang`e 3 mit den Koordinaten 44,12° Nord, 19,51° West lag weit nördlich von LADEEs Flugbahn über die Mondoberfläche. Zum Zeitpunkt der Landung von Chang`e 3 gegen 14:12 Uhr MEZ überflog LADEE eine Position mit den Koordinaten 21,77° Süd, 82,17° Ost – über 3.400 km vom Landeplatz entfernt.

Gegen 14:41 Uhr MEZ, rund eine halbe Stunde nach der Landung, bewegte sich LADEE mit eingeschalteten Instrumenten über den Bereich bei 19,51° westlicher Länge, allerdings noch mehr als 1.300 km südlich vom Landeort. Das NMS beobachtete schon seit 14:22 Uhr MEZ die Exosphäre, das UVS hatte gegen 13:15 Uhr MEZ die Atmosphäre gescannt. LDEX lief, um Einschläge von Staubpartikeln aufzuzeichnen.

Eine erste Analyse der bei der Messkampagne gewonnenen Daten zeigte nach Angaben der NASA zur Überraschung der beteiligten Wissenschaftler keinerlei Auffälligkeiten, die man mit dem Aufsetzen des chinesischen Mondlanders in Verbindung bringen könnte. LDEX maß keinen Anstieg von Staubpartikeln, das UVS ermittelte keine Veränderungen in der Atmosphäre, und das NMS fand keine Verbrennungsrückstände der Triebwerke von Chang`e 3.

Das NASA-Forschungszentrum Ames teilte mit, es sein ein nützlicher und wichtiger Befund, dass LADEE den Abstieg und die Landung von Chang`e 3 nicht festzustellen in der Lage war. Es gebe Anzeichen, dass die Triebwerksabgase großer automatischer Mondlander keine maßgeblichen Auswirkungen auf die Exosphäre des Mondes haben. Die Verbrennungsrückstände seien auch nicht in der Lage gewesen, größere Distanzen in für eine Messung ausreichender Dichte zu überwinden.

Videos von Abstieg und Aufsetzen des chinesischen Landers zeigen über einen nur kurzen Zeitraum von vielleicht 15 Sekunden Staub, der vom Triebwerk des Landers weggeblasen wurde. Möglicherweise war LADEE nicht zum richtigen Zeitpunkt an einer geeigneten Position über der Mondoberfläche, um solchen Staub zu detektieren.

Die Beobachtungsdaten zur Landung von Chang`e 3 will die NASA nun mit theoretischen Voraussagen zur Verteilung von Treibwerksabgasen und Verbrennungsrückständen vergleichen, und Modelle zur Wechselwirkung von Lander-Treibwerkssystemen mit der Mondoberfläche aktualisieren.

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