„Stardust“-Mission Wirbel um den Kometenstaub

Die Landung der von der Raumsonde Stardust ausgestoßenen Rückkehrkapsel mit Staub des Kometen Wild2 ist nicht nur im Bergungsgebiet in Utah mit Spannung verfolgt worden. In Deutschland fieberten vor allem Forscher dem Ereignis entgegen, denen die Raumfahrtbehörde Nasa Proben der wertvollen Fracht für Untersuchungen versprochen hat. In Frankfurt wartet der Geowissenschaftler Frank Brenker vom Institut für Mineralogie der Goethe-Universität sehnsüchtig auf einen Teil der außerirdischen Materie. Er gehört zu jenen Forschern, die während der nächsten sechs Monate einen Zugang zu den winzigen, nur ein paar hundertstel Millimeter großen Staubteilchen haben wird.

Mitte Februar werden die ersten Partikeln an der Johann Wolfgang Goethe-Universität in Frankfurt erwartet. Zuvor allerdings müssen sie vorsichtig aus dem Sammelgitter der zurückgekehrten Raumsonde geborgen werden - eine Aufgabe, die vom "Stardust Curation Team" am Johnson Space Center in Houston in Texas ausgeführt wird. Dort fand vor 36 Jahren auch die erste Analyse der Mondproben statt, die von den Apollo-Astronauten zur Erde gebracht worden waren.

Der deutsche Forscher wird die Untersuchungen allerdings nicht in seiner Heimatuniversität vornehmen können. Er hat von Anfang März an Meßzeiten an der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble gebucht, wo er gemeinsam mit einer internationalen Gruppe von Wissenschaftlern genauere Aufschlüsse über die winzigen Partikeln gewinnen will. Mit der Anlage kann man den strukturellen Aufbau der untersuchten Teilchen ermitteln.

Verfahren aus organischer Chemie wird genutzt

Etwa 200 Kilometer weiter nördlich von Frankfurt, in Münster, hat Thomas Stephan vom Institut für Planetologie der dortigen Universität die Landung der Stardust-Sonde über Nasa-TV an seinem Computer verfolgt. Er gehört gleich vier der insgesamt sechs Wissenschaftlerteams an, die sich als erste mit der Erforschung der Kometenteilchen befassen dürfen. Anders als sein Frankfurter Kollege kann er die Partikeln jedoch im eigenen Labor analysieren. Auch das Untersuchungsverfahren hat er selbst für diesen Zweck so weit verfeinert, daß er eine international führende Rolle einnimmt. Mit seinem sogenannten Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometer hat er bislang vor allem solche interplanetaren Staubteilchen untersucht, die in der Stratosphäre der Erde, in etwa zwanzig Kilometer Höhe, aufgesammelt wurden.

Das Untersuchungsverfahren wurde ursprünglich in der organischen Chemie und in der Halbleiterindustrie für die Material- und Oberflächenanalyse genutzt. Es zeichnet sich dadurch aus, daß es weitgehend zerstörungsfrei angewendet werden kann, und garantiert damit einen besonders schonenden Umgang mit der außerirdischen Materie. Dazu wird die Probe mit einem außerordentlich feinen, gepulsten Strahl aus Gallium-Ionen - elektrisch geladenen Gallium-Atomen - beschossen. Der gepulste Strahl stellt eine atomare Fräse dar, die bei jedem Aufprall eines Strahlpakets auf die Materialprobe Atome oder Moleküle herausschlägt und ionisiert.

Für diese "Sekundärionen" beginnt im selben Augenblick ein Wettlauf gegen die Zeit: Durch eine elektrische Spannung von zweitausend Volt beschleunigt, gehen sie auf die etwa zwei Meter lange Meßstrecke. Die leichtesten Ionen, also Wasserstoffkerne (Protonen), erreichen das Ziel schon nach 3,5 millionstel Sekunden. Schwerere Teilchen dagegen, die von der gleichen Spannung weniger stark beschleunigt werden, brauchen entsprechend länger. Auf diese Weise läßt sich aus den unterschiedlichen Ankunftszeiten die Masse der jeweils eintreffenden Teilchen bestimmen. Dabei schafft der Detektor eine Zeitauflösung von einer zehnmilliardstel Sekunde. Auf dem Zielfoto am Ende eines Hundert-Meter-Laufs würde man damit noch einen Vorsprung von drei Millimetern erkennen können.

Blick auf Entstehung des Sonnensystems

Auch Peter Hoppe vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz wartet auf Staubteilchen. Er interessiert sich speziell für sogenannte präsolare Körner, die bei der Entstehung des Sonnensystems in die langsam heranwachsenden Staubteilchen eingebaut wurden. Präsolare Körner sind Staubteilchen, die von roten Riesensternen oder bei Supernova-Explosionen freigesetzt wurden, als es die Sonne noch nicht gab, und daher stark abweichende Element- und Isotopenhäufigkeiten aufweisen. Mit einem Nano-Sekundärionen-Massenspektrometer kann der Mainzer Forscher solche Körner erkennen und analysieren - mit einer räumlichen Auflösung von 50millionstel Millimetern.