Marsrover datiert mit Lumineszenzinstrument Gesteinsproben vor Ort
Der Mars gilt als ein vielversprechender Ort, um das Geheimnis zu lüften, ob es anderswo im Universum bereits Leben gegeben hat. Es gibt Hinweise darauf, dass der Rote Planet einst von Wasser bedeckt war, eine dickere Atmosphäre und ein wärmeres Klima aufwies, sodass er vormals bewohnbar gewesen sein könnte. Für Planeten Erforschende sind Vulkane, Meteoriteneinschlagskrater, Anzeichen atmosphärischer oder photochemischer Effekte und geophysikalischer Prozesse allesamt Spuren der geologischen und klimatischen Geschichte des Mars. So könnten auf der Marsoberfläche gesammelte Gesteinsproben Details über die Entstehung und Entwicklung des Mars verraten und auch erklären, warum er eine geringere Atmosphäre als die Erde hat, während das Wasser auf dem Mars Hinweise darauf geben könnte, wie sich das Leben entwickelt haben könnte. „Das Verständnis der geophysikalischen, geologischen und atmosphärischen Prozesse auf dem Mars wird wahrscheinlich auch Aufschluss über die Entwicklung und Geschichte der Erde und anderer Planeten des Sonnensystems geben“, sagt Roberto Filippone, Projektkoordinator des Projekts IN TIME(öffnet in neuem Fenster), das innerhalb der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) finanziert wurde. Gegenwärtig müssen die Gesteinsproben vom Mars jedoch nach ihrer Entnahme zur detaillierten Analyse zur Erde zurückgeschickt werden, was Zeit und Kosten verursacht. Davon wurde das IN TIME-Team dazu inspiriert, ein Instrument zu entwickeln, das Lumineszenz nutzt, um Proben an Ort und Stelle zu datieren. Diese Lösung wurde anhand eines tragbaren Prototyps, dem sogenannten „IN TIME“, demonstriert. „Sobald unser Instrument in einen Rover integriert ist, kann es neben der Erfassung neuer Marsdaten dazu beitragen, die vielversprechendsten Proben zu ermitteln, die auf der Erde weiter analysiert werden sollen“, erklärt Filippone vom Unternehmen ALMA Sistemi(öffnet in neuem Fenster), an dem das Projekt angesiedelt ist.
Das miniaturisierte Lumineszenz-Datierungsinstrument
Bei der Lumineszenzdatierung(öffnet in neuem Fenster) wird die Tatsache ausgenutzt, dass unter Sand vergrabene Marsproben, die nicht der Sonnenstrahlung ausgesetzt waren, von radioaktiven Isotopen beeinflusst werden, die im Lauf der Zeit zerfallen und von den Proben absorbiert werden, wodurch eine eingefangene Ladung entsteht. Diese Ladungen senden bei Anregung durch Licht ein lumineszierendes Signal aus, dessen Intensität das Alter der Probe anzeigt. Im Rahmen des Projekts wurde das sogenannte „Single-Aliquot Regenerative-Dose-Protokoll“ (SAR) angewandt, demzufolge die Lumineszenz auf einer Dosis-Wirkungs-Kurve dargestellt wird, um den Zeitablauf zu simulieren und eine genauere Altersabschätzung zu erhalten. Das projekteigene Prototypinstrument umfasste drei Schlüsselkomponenten, die für die Durchführung des SAR-Protokolls erforderlich sind: die Bestrahlungseinheit (die eine bekannte Dosis verabreicht), das Lichtstimulationssystem (für optische und infrarotstimulierte Lumineszenz) und den Photovervielfacher (der das Lumineszenzsignal erfasst), die alle von einer projektintern entwickelten Software gesteuert werden. Der Prototyp wurde auf der Erde erprobt, wo er im ALMA-Labor unter der Leitung von Forschenden der Universität Sassari(öffnet in neuem Fenster) zum ersten Mal zur Analyse von Basaltablagerungen (Sedimentgesteinen, die denen auf dem Mars ähneln) eingesetzt wurde, um die Ergebnisse zu validieren. „Wir haben alle Phasen des SAR-Protokolls erfolgreich abgeschlossen und damit nachgewiesen, dass es möglich ist, Basaltablagerungen mithilfe von Lumineszenz zu datieren“, erklärt Filippone.
Neue Anwendungen am Horizont
Das Instrument wurde auch auf Lanzarote mit Erfolg erprobt, um die Chronologie der Sedimentablagerungen und der damit verbundenen klimatischen Ereignisse während der Glazial- und Interglazialphasen der letzten 130 000 Jahre in der Ebene von El Jable zu bestimmen. Zudem sind vom Team Marsstandorte(öffnet in neuem Fenster), an denen vielversprechende Proben gefunden werden können, charakterisiert worden. Es wurde vorgeführt, dass das IN TIME-Instrument bei niedriger Leistung an sehr alten und rohen (nicht chemisch behandelten) Proben arbeiten kann, was seine Eignung für die Arbeit auf dem Mars hervorhebt. Das könnte ein wichtiger Beitrag zu den Arbeiten der Europäischen Weltraumorganisation(öffnet in neuem Fenster) in Vorbereitung auf die Realisierung der Zukunftsvision sein, bis 2040 Menschen aus Europa auf den Mars zu schicken. „Wir arbeiten jetzt daran, ein wettbewerbsfähiges autonomes Hochleistungswerkzeug herzustellen. Das könnte dann nicht nur auf dem Mars, sondern auch auf der Erde zum Einsatz kommen. Damit könnten geologische Ablagerungen/Sedimente datiert werden, die bis zu einer Million Jahre alt sind, und die archäologische Radiokohlenstoffdatierung ergänzt werden, die auf 50 000 Jahre begrenzt ist und erfordert, dass organisches Material enthalten ist“, schließt Filippone.
