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KOMETEN
Kometeneis im Labor
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Innsbruck
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30. Mai 2016

Wissenschaftlern haben im Labor poröses Eis, wie es im Weltall und vor allem auf Kometen zu finden ist, genauer unter die Lupe genommen. Besonders interessierte sie dabei, wie sich das amorphe Eis beim Aufwärmen verhält - und dabei gab es durchaus Überraschungen. Kometen gelten als mögliche Ursprungsorte der Bausteine des Lebens und sind daher für die Forscher besonders interessant.

Experiment

Blick in die Versuchsanordnung am Rutherford Appleton Laboratory in Großbritannien. Bild: Universität Innsbruck [Großansicht

Als die Raumsonde Rosetta im November 2014 den Lander Philae auf den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko niedergehen ließ, war die Spannung groß. Zum ersten Mal war die Menschheit einem dieser durchs Weltall fliegenden Staub- und Eisriesen so nahegekommen. Die folgenden Untersuchungen drehten sich vor allem um das Wasser auf dem Kometen und die Suche nach organischen Verbindungen, die einen Hinweis auf den Ursprung des Lebens geben könnten.

"Im Weltall liegt Wasser zu einem sehr großen Teil als amorphes Eis vor", erklärt Thomas Lörting vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck. "Wenn sich Wassermoleküle an der extrem kalten Oberfläche des interstellaren Staubs ablagern, bildet sich Eis mit einer mikroporösen Struktur, die über eine riesige Oberfläche verfügt. Ein Gramm dieses Materials könnte man auf 500 Quadratmeter ausrollen."

Dieses mit Aktivkohle vergleichbare Eis wirkt im Weltall wie ein Staubsauger, der alle Moleküle in der Umgebung aufnimmt und in den feinen Poren einlagert. Dort sind die Moleküle vor der harten Strahlung im All geschützt. Es gibt deshalb Vermutungen, dass die ersten Moleküle des Lebens, wie Peptide und Proteine, dort entstanden sein könnten.

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Lörting und sein Team haben nun im Labor untersucht, welche Bedingungen in diesen Eis-Poren herrschen. "Wenn Kometen auf die Sonne zufliegen, erwärmt sich das Eis und erweicht", sagt der Chemiker. "Wir wollten uns das im Detail anschauen und haben das amorphe Eis mit einer ganz neuen Methode näher untersucht." Die in einem von Lörtings Team entwickelten Verfahren an der Uni Innsbruck hergestellten Proben wurden dazu nach England überführt und dort im Rutherford Appleton Laboratory in der Nähe von Oxford in einem gepulsten Neutronenreaktor analysiert. "Anhand der Kleinwinkelstreuung lässt sich die Porenstruktur des Eises sehr gut erkennen", erläutert Lörting.

Gemeinsam mit Kollegen von der Open University in Milton Keynes untersuchten die Innsbrucker Forscher nun, bei welchen Temperaturen und wie genau sich die Mikroporen des Eises verändern: "Die anfangs rauen, zylinderförmigen Poren des Eises werden zunächst glatt und sacken dann in sich zusammen", schildert Lörting seine Beobachtungen. "Man kann sich das vorstellen, wie einen Joghurtbecher, der im Backrohr langsam zusammensackt." Das Eis bildet dann lamellenförmige, zweidimensionale Strukturen aus. Gleichzeitig reduziert sich die Oberfläche auf weniger als ein Quadratmeter pro Gramm.

Eine wichtige weitere Entdeckung: Oberhalb einer Temperatur von minus 150 Grad Celsius bildet sich flüssiges Wasser, das erst bei minus 120 Grad auskristallisiert und die in den Poren gesammelten Moleküle freigibt. Diese bilden beim Flug zur Sonne den für Kometen charakteristischen Schweif. "Die zweidimensionalen Strukturen und das flüssige Wasser bei so extrem tiefen Temperaturen sind eine sehr spezielle Umgebung für chemische Prozesse. Wir wollen in einem nächsten Schritt diese Prozesse mit im Eis eingelagerten Molekülen näher untersuchen", blickt Lörting bereits in die Zukunft.

Die von den Chemikern im Labor gesammelten Daten sind wichtig für die Kometenforschung. Umgekehrt wartet das Innsbrucker Forschungsteam gespannt auf weitere Daten der Rosetta-Mission. "Unter seiner staubigen Haut besteht 67P zu einem großen Teil aus diesem amorphen Eis. Messungen der ESA-Sonde sind deshalb für uns von großem Interesse", sagt Lörting.

Über ihre Untersuchungen berichten die Wissenschaftler jetzt in der Zeitschrift Physical Review Letters.

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siehe auch
Rosetta: Wassereis auf der Oberfläche von 67P - 14. Januar 2016
Rosetta: 67P und das Wasser der Erde - 28. September 2015
Links im WWW
Universität Innsbruck
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