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Wissenschaft

10. Oktober 2016

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Kometenstaub: Eine Zeitreise in den Ursprung des Sonnensystems

Kometenstaub der Rosetta-Mission liefert nun Erkenntnisse über die Anfänge unseres Sonnensystems. Der Wissenschaftsfonds FWF unterstützt dazu ein Projekt am Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften mit Zugang zu Daten eines hochauflösenden Rasterkraftmikroskop an Bord des Rosetta-Orbiters.

Die Rosetta-Mission der European Space Agency (ESA) zum Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko („Tschuri“) wirbelte viel Staub auf. Im übertragenen wie im wörtlichen Sinn. Mit Letzterem befasst sich nun ein Projekt des Wissenschaftsfonds FWF. In diesem werden Daten über die Eigenschaften des auf der Mission gesammelten Kometenstaubs ausgewertet. Projektleiter ist der Brite Mark Bentley, der eines der Instrumente an Bord von Rosetta steuert, und erste Ergebnisse so eben in NATURE publizieren konnte.

Wissenschaftliche Goldgrube

MIDAS, das Micro-Imaging Dust Analysis System, ist ein spezielles Mikroskop, das an Bord des Rosetta-Orbiters Staub aus der Umgebung des Kometen auffängt und analysiert. Die Analyse des Kometenstaubs wird sich als wissenschaftliche Goldgrube entpuppen, ist Mark Bentley überzeugt: „Kometen zählen zu den ursprünglichsten Körpern unseres Sonnensystems. Fast unverändert haben sie die Milliarden Jahre dauernde Entwicklung überstanden und ihre Bestandteile können Auskunft über die Entstehungszeit von Sonne und Planeten geben.“ Und genau das wird mit den von MIDAS gesammelten Daten erforscht.

Spitzen-Leistung

Bei MIDAS handelt es sich um ein speziell angefertigtes Rasterkraftmikroskop, das eine Analyse von Staubpartikeln mit einer Auflösung von wenigen Nanometern erlaubt. Um diese hohe Auflösung zu erreichen, tastet die Spitze einer extrem feinen Nadel die Oberfläche eines Objekts ab und die Ablenkung der Nadel durch die Oberflächenstruktur wird gemessen. Zu der Messmethode ergänzt Mark Bentley: „MIDAS erlaubt es uns sogar dreidimensionale Bilder von Körnern des Kometenstaubs zu erstellen. Das ist für unser Projekt von entscheidender Bedeutung.“

Facettenreicher Staub

Die Ziele der Arbeit von Bentley sind dabei facettenreich. So wird er die Form und Größe von verschiedenen Kometenstaubteilchen bestimmen, Oberflächenstrukturen analysieren und die Untereinheiten, aus denen die Partikel bestehen, identifizieren. Wie Bentley erläutert, wird er durch Nutzung eines zusätzlichen Betriebsmodus von MIDAS das Spektrum seiner Untersuchungen dann sogar noch erweitern können: „Wir können MIDAS auch nutzen, um Magnetismus zu messen. Damit wird magnetisches Material im Kometenstaub erkennbar und so werden wir viel über etwaige magnetische Felder im frühen Sonnensystem herausfinden.“

Slow Science

Die Rosetta-Mission liefert für die Untersuchungen von Bentley einen ganz entscheidenden Vorteil: Relativ zum Kometen bewegt sich die Sonde geradezu im Schritttempo. Das bedeutet, dass der Staub sanft und ohne Schädigung gesammelt werden kann. Dazu Bentley: „Frühere Missionen sind mit sehr hoher Geschwindigkeit an verschiedenen Kometen vorbeigeflogen. Dieses hohe Tempo führte dazu, dass Partikel beim Einsammeln Schaden nahmen und nicht mehr ursprünglich waren. Bei Rosetta ist das nicht so.“ Gesammelt wird der Staub dabei aus dem „Kometenschweif“, dem Staub-Gas-Gemisch, das den Kometen umgibt. Die schonende Sammelmethode in Kombination mit der sehr hohen Auflösung von MIDAS erlaubt dabei auch Untersuchungen über die Größenverteilung von Staubpartikeln im Schweif, zu Mechanismen der natürlichen Fragmentierungen und über die zeitliche sowie saisonale Veränderung von Staubpartikeln.

Spezialvollmacht

Dank des bereits seit einiger Zeit laufenden „Paartanzes“ von 67P und der Rosetta-Sonde konnte bereits ausreichend Staub für qualitativ wie quantitativ aussagekräftige Analysen gesammelt werden. MIDAS entlockte diesem dann auch schon zahlreiche Daten, auf die Mark Bentley jetzt zugreifen kann. Doch Bentley hat noch ein weiteres wissenschaftliches Ass in seinem Ärmel: Da er für die Steuerung von MIDAS verantwortlich ist, hat er nicht nur direkten Zugriff auf die neuesten Daten aus dem All, sondern kann gezielt Messungen der Staubteilchen veranlassen, die seine wissenschaftlichen Analysen voranbringen. Eine Möglichkeit, die dieses FWF-Projekt und seinen Beitrag zum Verständnis unseres Sonnensystems ganz besonders hervorhebt.

 

Zur Person

Mark S. Bentley forscht am Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz. Die Analyse von Kometen und anderen kleinen Himmelskörpern stellt einen wichtigen Teil seiner bisherigen Laufbahn in der akademischen und industriellen Forschung dar, in der er sich auch mit Weltraumwetter befasst. Seit dem Jahr 2013 ist er Principal Investigator von MIDAS an Bord des Orbiters der ESA Mission Rosetta.

 

Publikationen zum Thema

Aggregate dust particles at comet 67P/Churyumov–Gerasimenko„, Bentley, M. S., Schmied, R., Mannel, T., Torkar, K., Jeszenszky, H., Romstedt, J., Levasseur-Regourd, A. C., Weber, I., Jessberger, E. K., Ehrenfreund, P., Koeberl, C., and Havnes, O., Nature 537, 73 – 75 (01 September 2016). doi:10.1038/nature19091

http://www.nature.com/nature/journal/v537/n7618/full/nature19091.html

MIDAS: Lessons learned from the first spaceborne atomic force microscope„, Bentley, M. S., Arends, H., Butler, B., Gavira, J., Jeszenszky, H., Mannel, T., Romstedt, J., Schmied, R., Torkar, K., Acta Astronautica 125, 11 – 25 (August – September 2016)

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576516000229

Physical properties of dust particles in cometary comae: from clues to evidence with the Rosetta mission“, Levasseur-Regourd, A. C., Rotundi, A., Bentley, M. S. and 8 coauthors, European Planetary Science Congress 2015, held 27 September – 2 October 2015 in Nantes, France http://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2015/EPSC2015-932.pdf

The Micro Imaging and Dust Analysis System – New Possibilities for Space Sciences„, Schmied, R., Torkar, K., Jeszenszky, H. and 3 coauthors, European Planetary Science Congress 2015, held 27 September – 2 October 2015 in Nantes, France

http://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2015/EPSC2015-865.pdf

The nature of (sub-)micrometre cometary dust particles detected with MIDAS„, Mannel, T., Bentley, M. S., Torkar, K. and 3 coauthors, European Planetary Science Congress 2015, held 27 September – 2 October 2015 in Nantes, France

http://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2015/EPSC2015-863.pdf

„Cometary dust at the nanometre scale – the MIDAS view after perihelion“, Bentley, M. S., Torkar, K., Jeszenszky, H. and 3 coauthors, European Planetary Science Congress 2015, held 27 September – 2 October 2015 in Nantes, France

http://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2015/EPSC2015-441.pdf

Cometary dust at the smallest scale – latest results of the MIDAS Atomic Force Microscope onboard Rosetta“, Bentley, M., Torkar, K., Jeszenszky, H. and 3 coauthors, EGU General Assembly 2015, held 12 – 17 April 2015 in Vienna, Austria., id.12477

http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2015/EGU2015-12477.pdf

 

Video zum Thema

https://www.youtube.com/watch?v=v3Dli-b2uTM

 

Bild und Text ab Montag, 10. Oktober 2016, ab 10.00 Uhr MESZ verfügbar unter: http://scilog.fwf.ac.at/

 

Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Mark S. Bentley
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Institut für Weltraumforschung
Schmiedlstraße 6
8042 Graz
T +43 / 316 / 4120 – 657
E mark.bentley@oeaw.ac.at
W http://www.iwf.oeaw.ac.at

Der Wissenschaftsfonds FWF:
Marc Seumenicht
Haus der Forschung
Sensengasse 1
1090 Wien
T +43 / 1 / 505 67 40 – 8111
E marc.seumenicht@fwf.ac.at
W http://www.fwf.ac.at

Redaktion & Aussendung:
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Mariannengasse 8
1090 Wien
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Wien, 10. Oktober 2016