08:05 25 Februar 2020
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    Die neue Methode hat es den Forschern ermöglicht, wieder zur Untersuchung der 1972 von den Astronauten der Mission „Apollo 17“ von der Oberfläche des Mondes mitgebrachten Bodenproben zurückzukehren. Die Studienergebnisse sind im Fachmagazin „Meteoritics & Planetary Science“ veröffentlicht worden.

    Die in der Materialkunde verwendete Atomsonden-Tomographie (APT - Atom Probe Tomography) weist eine beispiellos hohe Empfindlichkeit bei minimalem Materialverbrauch auf. Selbst wenn es nur ein Substanzkorn gibt, kann man die Zusammensetzung bis hin zum Atom untersuchen und auch ein Modell der volumetrischen Struktur des Materials erstellen.

    ART-Methode zur Analyse von Mondstaubkörnern

    US-Wissenschaftler unter der Leitung von Jennika Greer von der University of Chicago entschieden sich für die ART-Methode zur Analyse von Mondstaubkörnern. Trotz der Tatsache, dass „Apollo 17“ 111 Kilogramm Mondgestein zur Erde mitgebracht  hatte, müssen sie sehr sparsam damit umgehen, da es in den letzten 48 Jahren keine neuen Proben mehr gegeben hat. Und dafür ist die ART-Methode perfekt.

    Mit Hilfe der neuen Methode analysierten die Wissenschaftler die Körner des Ilmenit-Minerals – Eisen- und Titanoxid - aus dem Mondboden. Oben sind die Körner, deren Größe etwa dem Durchmesser eines menschliches Haares entspricht, mit einer Art nanoskaliger „Kruste“ bedeckt, die sich während der sogenannten Weltraumauswitterung bildet.

    Der Mond ist im Gegensatz zur Erde nicht durch eine Atmosphäre geschützt, und die Substanz auf seiner Oberfläche wird aktiv durch den Strom von Partikeln der Sonnen- und Weltraumstrahlung beeinflusst. Die Untersuchung der Prozesse der Weltraumauswitterung ist äußerst wichtig, um zu verstehen, welchen Einflüssen die Substanz auf der Oberfläche des Mondes und anderer Weltraumkörper ohne Atmosphäre, wie Asteroiden, ausgesetzt ist, und um Daten von Weltraumsonden korrekt zu interpretieren.

    Durch die Analyse der Unterschiede in der Zusammensetzung zwischen der äußeren „Kruste“ und dem Kern der Mondbodenkörner erhalten die Wissenschaftler Daten zur Modellierung der Prozesse der Weltraumauswitterung.

    „Zum ersten Mal haben wir die Mondprobe Atom für Atom untersucht", werden in einer Pressemitteilung des Field Museums in Chicago die Worte von Jennika Greer angeführt. Dazu hätten die Forscher eine Methodik angewandt, von der viele Geologen kaum etwas gehört hätten.

    Um die Hauptzusammensetzung des Mondbodenkorns zu untersuchen, schnitten die Wissenschaftler mit einem fokussierten Bündel geladener Atome eine nanoskalige, spitze Probe mit einer Dicke von nur wenigen hundert Atomen heraus. Dann platzierten sie diesen Nanostab in einer Atomsonde, wo der Laserstrahl nacheinander Atome herausschlug, die auf den Detektor gerichtet waren. Mit dieser Technik erreichen schwerere Elemente wie Eisen den Detektor später als leichtere Elemente wie Wasserstoff. Durch Messung der Zeitspanne zwischen dem Einschalten des Lasers und dem Aufprall der Partikel auf den Detektor ermittelte das Gerät die Art des Atoms und seine Ladung.

    Wechselwirkung des Mondbodens mit der Weltraumumgebung

    Basierend auf den Ergebnissen der ART-Analyse konstruierten die Forscher ein nanoskaliges dreidimensionales Modell des Mondstaubkorns, in dem die Position jedes Atoms genau bestimmt wurde. In dem winzigen Korn von Ilmenit identifizierten die Wissenschaftler die Produkte der Weltraumverwitterung - Eisen, Wasser und Helium, die durch die Wechselwirkung des Mondbodens mit der Weltraumumgebung entstanden sind.

    „Vor fünfzig Jahren hatte niemand damit gerechnet, dass ein winziges Korn jemals ausreichen würde, um Mondgestein zu analysieren. Tausende solcher Körner könnten in den Handschuhen von Astronauten stecken, und sie würden für eine große Studie ausreichen“, sagt Philipp Heck, Kurator von dem Field Museum und einer der Autoren des Artikels.

    „Wir halten es für äußerst notwendig, die Proben auf die Erde zurückzubringen, weil die Landschaften des Sonnensystems so vielfältig sind“, fährt Greer fort.

    Bald werden die Raumschiffe „Hayabusa 2“ und „OSIRIS-Rex“ auf die Erde zurückkehren, die Materieproben von den Asteroiden mitbringen werden. „Diese Methode soll auf jeden Fall zu ihrer Studie eingesetzt werden, weil sie so wenig Material erfordert, aber eine Menge Informationen liefert", so die Forscherin.

    ek/mt/sna

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    Tags:
    OSIRIS-REx, Die Sonde Hayabusa2, Apollo, Substanz, Atmosphäre, Nano-Partikel, Mond, Weltraum