Spektrometer für den Mars
ISAS-Wissenschaftler mit Vorsprung bei der Weltraumforschung
Werden Adlershofer Messgeräte an Bord des Mars-Rovers „Pasteur“ sein, wenn dieser im Jahr 2013 nach Spuren von Leben auf dem Mars sucht? Die Chancen dafür stehen nicht schlecht: Wissenschaftler des ISAS Institute for Analytical Sciences waren die Ersten bei der Entwicklung eines neuen Spektrometers, das helfen soll, die Gesteinsoberfläche des Roten Planeten zu erforschen. Nach nur sechs Monaten Entwicklungszeit hat Dr. Stefan Florek vom ISAS seinen Prototypen Anfang Januar an der Universität Münster vorgestellt.
Keine Probenvorbereitung
Das Gerät ist zunächst für die Laserinduzierte Plasmaspektroskopie, kurz LIBS, konzipiert, kann aber leicht durch einen baugleichen Flügel für die Raman-Spektroskopie erweitert werden. „Diese Kopplung ist ein völlig neues Geräte-Konzept“, so Florek. Der besondere Reiz besteht darin, dass berührungslos und ohne Probenvorbereitung sofort qualitative und quantitative Materialinformationen vorliegen. Das ISAS hat in Kooperation mit der Adlershofer Firma LTB bereits erfolgreich große LIBS-Systeme entwickelt, die z. B auf dem Gebiet der nationalen Sicherheit oder in der Prozessanalytik zum Einsatz kommen. Daher war es auch möglich, innerhalb dieser sehr kurzen Zeit ein leistungsfähiges System zu bauen, bei dem auch die Reduzierung von Größe und Gewicht entscheidende Kriterien waren. „Wir mussten für den Einsatz im All modernste spektroskopische Techniken nutzen“, erklärt Forek. Um sichere Aussagen treffen zu können, muss normalerweise ein Spektrum mit einer Gesamtlänge von mindestens 300 mm erzeugt werden. Wegen des Platzmangels an Bord des Rovers wurde jetzt eine Apparatur entwickelt, die das Gesamtspektrum in 70 kurze Teilspektren stückelt und auf einen kleinen quadratischen CCD-Detektor abbildet. So können selbst Wellenunterschiede von wenigen Millionstel eines Mikrometers unterschieden werden.
Kleiner, leichter, genauer
Nur 170 mm lang ist das Analysegerät, das nun einen Fingerabdruck vom Marsgestein liefern kann. Damit sind die Deutschen den Spaniern und Holländern, die von der ESA im Rahmen des ExoMars-Projektes den Zuschlag für die Entwicklung des Raman-LIBS-Spektrometers bekommen hatten, einen deutlichen Schritt voraus. Denn das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt hatte parallel zur ESA einen Entwicklungsauftrag dafür mit engem zeitlichen Korsett an die Universität Münster gegeben. Dort arbeitet Prof. Elmar Jessberger vom Institut für Planetologie, der das Projekt zur Untersuchung des geochemischen Umfelds und der mineralogischen Zusammensetzung der Marsoberfläche leitet und der mit der Schwetzinger Firma von Hoerner & Sulger kooperiert. Diese beauftragte dann schließlich das ISAS, nicht zuletzt auch wegen der Erfahrung, die das Institut in der Vergangenheit mit anderen Weltraumprojekten gemacht hat. Angefangen vom Optikdesign über Konstruktion bis hin zum kompletten Prototyp im Originalmaßstab waren die Spezialisten vom ISAS unglaublich schnell. Jetzt streben Florek und sein Team einen Folgeauftrag an. So muss als nächster Schritt das System weltraumtauglich gemacht werden, d. h. vor allem auch eine Gewichtsreduzierung auf die geforderten 300 g. Diese Aufgabe soll zusammen mit den Raumfahrt-Spezialisten der von Hoerner & Sulger GmbH bewältigt werden. Zuvor führt Isabell Rauschenbach, Doktorandin bei Jessberger an der Universität Münster, jedoch erst mal Untersuchungen an einem der großen von ISAS und LTB entwickelten LIBS-Spektrometer durch. Dazu kommt sie nach Adlershof, denn dieses unikale Gerät für Messungen unter Mars-Atmosphäre steht hier beim DLR.
Kontakt:
Dr. Stefan V. Florek
Tel.: 6392-3564
E-Mail: florek(at)isas.de
Wie funktioniert das LIBS-Spektrometer?
Die neue optische Apparatur soll am Arm des Rovers die Marsoberfläche beschießen. Dadurch verdampft winziges Marsgestein. Es entsteht ein Plasma, also eine Wolke aus Ionen und Elektronen. Bei der Vereinigung der Teilchen gibt es einen Lichtblitz. Mittels Spektralanalyse erhalten die Wissenschaftler die chemische Zusammensetzung des beschossenen Gesteins. Das ist eindeutig wie ein Fingerabdruck. Die Auswertung der Computerbilder zeigt sogar, wie hoch konzentriert ein Element in der Probe ist.