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Fließspuren von Wasser auf dem Mars gefunden

Dunkle Fliessspuren, wie hier im Palikir Krater, bilden sich in jedem Mars-Frühjahr. Sie gelten als Beleg für flüssiges Wasser und wurden nun erstmals am Mars-Äquator beobachtet.  Bild: NASA/JPL/University of Arizona
Dunkle Fliessspuren, wie hier im Palikir Krater, bilden sich in jedem Mars-Frühjahr. Sie gelten als Beleg für flüssiges Wasser und wurden nun erstmals am Mars-Äquator beobachtet.
Bild: NASA/JPL/University of Arizona

Bilder der NASA-Raumsonde «Mars Reconaissance Orbiter» zeigen Spuren von flüssigem Wasser in Canyons am Mars-Äquator – und damit bei möglichen Landeplätzen künftiger bemannter Missionen. Mit dieser Entdeckung knüpft ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung des Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern an frühere Beobachtungen an.

Sie sind ein «Highlight» in der Marsforschung, sagt Nicolas Thomas, Professor am Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern: Auf der Oberfläche des Roten Planeten wurden Fliessspuren entdeckt, die im Frühling erscheinen, während dem Mars-Sommer wachsen und im Winter wieder verschwinden. Sie kommen in jedem Mars-Jahr an den gleichen Orten vor. Beobachtet wurden sie das erste Mal vor rund vier Jahren in moderaten südlichen Breitengraden – und sie werden als Beleg dafür gesehen, dass auf der Mars-Oberfläche flüssiges Wasser existiert. Nun hat ein internationales Team mit Berner Beteiligung Hinweise auf solche Spuren in den Canyons von «Vallis Marineris» gefunden. Diese Erkenntnisse, die im Journal «Nature Geoscience» publiziert werden, zeigen laut Nicolas Thomas, dass «flüssiges Wasser in äquatorialen Regionen – einem primären Ziel für zukünftige Landplätze von Sonden – vorkommen könnte».

Möglich wurden diese Beobachtungen durch die Kamera des Forschungsprojekts «High Resolution Imaging Science Experiment» (HiRISE), die sich an Bord der NASA-Raumsonde «Mars Reconnaissance Orbiter» befindet. Die bisherigen Auswertungen stützen die Vermutung, dass die Spuren durch flüssiges Wasser verursacht werden. «HiRISE hat gezeigt, dass der Mars viel dynamischer ist, als wir erwartet haben», erklärt Nicolas Thomas. «Wir konnten subtile Veränderungen bei der Helligkeit der Marsoberfläche beobachten, was darauf hinweist, dass ein benetzter Boden getrocknet ist.» Denn dieser zeige danach veränderte lichttechnische Eigenschaften, bei denen Salze eine Rolle spielen könnten. Um diese Beobachtungen im Labor zu reproduzieren, führt das Team des CSH Experimente mit simuliertem Mars-Boden – der zumeist aus Hawaii stammt – durch.

Publikation:

Alfred S. McEwen, Colin M. Dundas, Sarah S. Mattson, Anthony D. Toigo, Lujendra Ojha, James J. Wray, Matthew Chojnacki, Shane Byrne, Scott L. Murchie and Nicolas Thomas: Recurring slope lineae in equatorial regions of Mars, Nature Geoscience, in press, doi: 10.1038/NGEO2014

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Bedrohung aus dem All: Komet ISON kommt uns nahe

München (ots) – Einst bombardierten Kometen unser Sonnensystem, brachten vermutlich Wasser und Leben auf die Erde und hinterließen bis heute sichtbare Krater. Würde heute ein Komet der Größe von Shoemaker-Levy 9, der 1994 auf Jupiter einschlug, auf die Erde treffen, gäbe es sie nicht mehr. Das schreibt das Weltraum-Magazin SPACE in seiner Ausgabe 1/2014.

Großes Bombardement – so nennt die Wissenschaft den Kometensturm, der vor vier Milliarden Jahren die Planeten und Monde unseres Sonnensystems traf und bis heute sichtbare Krater hinterließ. Wie viele Kometen am Rande unseres Sonnensystems – im Kuipergürtel und in der sogenannten Oortschen Wolke – herumfliegen und jederzeit der Erde gefährlich werden können, lässt sich nicht sagen. Gelegentlich verlässt ein Komet diesen Bereich und fliegt durch das Sonnensystem; das kann man von der Erde aus beobachten. Wenn die Theorie von der Oortschen Wolke stimmt, besteht durchaus Gefahr: “Wenn da 100 Millionen Kometen in der hypothetischen Ooortschen Wolke in einem Lichtjahr Entfernung herumkreisen und es dort zu einer Störung kommt, dann könnte es wirklich zu einem erneuten Großen Bombardement kommen”, meint Astronomie-Experte Nick Howes.

Die Folgen eines solchen Kometensturms auf unser Sonnensystem wären verheerend. Glücklicherweise lenken die Großplaneten wie Jupiter viele der anfliegenden Objekte auf sich, etwa den Kometen Shoemaker-Levy 9, der im Juli 1994 in Trümmer von bis zu zwei Kilometern Durchmesser zerbarst und auf dem Jupiter aufschlug. Würde ein ähnliches Ereignis die Erde treffen, wären die Folgen apokalyptisch. “Solch ein Komet könnte in 100 Millionen Jahren kommen oder nächste Woche. Wir wissen es nicht”, so Nick Howes.

Aktuell ist Komet Ison in Sichtweite gerückt: Seit Ende November 2013 ist er der Sonne besonders nah. Wissenschaftler vermuten, dass er unterwegs in Fragmente zerbersten könnte. Viele gehen davon aus, dass sein Schweif bis Januar hell leuchten und für auch für Hobby-Astronomen am Nachthimmel sichtbar sein wird.

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Künstliche Fotosynthese: Lösung aller Energieprobleme?

Heidelberg. Die Sonne ist eine unerschöpfliche und zudem saubere Energiequelle. Fotovoltaikanlagen und Solarthermiekraftwerke zapfen sie bereits an und gewinnen aus Sonnenlicht Strom. Der ist jedoch nur sehr begrenzt speicherbar und muss sofort verbraucht werden. Sein Transport über weite Strecken ist zudem mit großen Verlusten verbunden. Nur über den Umweg der Wasserelektrolyse lässt sich elektrischer Strom in den breiter einsetzbaren Energieträger Wasserstoff umwandeln, was aber sehr ineffektiv ist.

Eine wesentlich elegantere Lösung macht uns die Natur seit jeher vor: die Fotosynthese. Dabei erzeugen Pflanzen, Algen und gewisse Bakterien mit Hilfe von Sonnenlicht aus Kohlendioxid und Wasser direkt energiereiche Zuckermoleküle. Schon seit einiger Zeit versuchen Forscher deshalb, den Vorgang künstlich nachzuahmen. Dabei geht es ihnen vor allem um den ersten Schritt der Fotosynthese: die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff.

Die bisher erzielten Erfolge sind beachtlich. So präsentierte Daniel Nocera vom Massachussetts Institute of Technology vor zwei Jahren ein “künstliches Blatt”. Es besteht aus einer Solarzelle, in der auftreffendes Sonnenlicht freie Elektronen und “Löcher” (Elektronenfehlstellen) erzeugt. Die dem Licht zugewandte Seite ist mit einem cobalthaltigen Katalysator beschichtet, der mit Hilfe der Löcher aus Wasser Sauerstoff freisetzt. Die zurückbleibenden Protonen wandern zur anderen Seite und werden dort von einer Legierung aus Nickel, Molybdän und Zink mit Hilfe der Elektronen zu Wasserstoff reduziert. Der Wirkungsgrad liegt mit 2,5 bis 4,7 Prozent – je nach genauer Konfiguration – schon recht hoch. Pflanzen verwerten das auftreffende Sonnenlicht sogar nur zu 0,3 Prozent.

Allerdings ist dieses “Blatt” wegen der enthaltenen Metalle noch ziemlich teuer und auch nicht lange beständig. Markus Antonietti vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Golm hat sich deshalb auf ein anderes Material verlegt, das nicht nur sehr stabil, sondern auch einfach und preiswert herstellbar ist: graphitisches Kohlenstoffnitrid. Schon Justus Liebig kannte die Substanz im 19. Jahrhundert. Sie ist entfernt mit dem Chlorophyll des Blattgrüns verwandt und ähnelt stark dem Graphen – einer maschendrahtartigen Anordnung von Kohlenstoffatomen, der viele eine große Zukunft in der Elektronik vorhersagen.

Kohlenstoffnitrid als solches ist allerdings nicht sehr aktiv, was unter anderem an seinem zu geringen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen liegt. Wie Antonietti in Spektrum der Wissenschaft berichtet, konnte seine Gruppe aber bereits eine Steigerung um das Zehnfache erreichen, indem sie gezielt die Porosität des Materials erhöhte.

Eine weitere Verbesserung ließ sich durch Dotieren mit Schwefel oder Barbitursäure erreichen. Auf diese Weise konnten die Forscher die Quantenausbeute der Oxidation von Wasser zu Protonen und Sauerstoff für violette Strahlung einer Wellenlänge von 440 Nanometern immerhin auf 5,7 Prozent steigern. Hilfreich war auch die Zugabe von Nanoteilchen aus Cobaltoxid. Dadurch erhöhte sich die Quantenausbeute für die Wasserspaltung insgesamt auf 1,1 Prozent.

Alles in allem sehen die bisherigen Ergebnisse also ermutigend aus. Zwar veranschlagt Antonietti bis zur praktischen Einsatzreife seines Systems noch mindestens 20 Jahre. Doch die Aussichten wären verlockend. Wenn sich mit künstlichen Fotosynthesesystemen 10 Prozent der Solarenergie nutzen ließen, müssten sie nur 0,16 Prozent der Erdoberfläche bedecken, um den für 2030 vorausgesagten globalen Energiebedarf von 20 Terawattstunden zu decken. Als Standorte kämen dabei in erster Linie Wüsten in Frage, wo die Sonne fast immer scheint und keine Konkurrenz zu Agrarnutzflächen besteht. Ein Zehntel der Sahara, die 1,76 Prozent der Erdoberfläche einnimmt, würde bereits genügen.

Wie heutige Solarzellen ließen sich künstliche Fotosynthesesysteme aber auch auf Dächern installieren. Bei einer Lichtausbeute von 10 Prozent könnten sie beispielsweise 300 Tonnen Methanol pro Hektar und Jahr liefern. “Wären nur 100 Quadratmeter des eigenen Grundstücks damit bedeckt, bräuchte selbst ein leidenschaftlicher Autofahrer bei heutigem Treibstoffverbrauch nie mehr zur Tankstelle”, erklärt Antonietti.  (Quelle: Spektrum der Wissenschaft, September 2013)

Meerwasserentsalzung: Neue energiesparende Technik entwickelt

Eine neue Methode zur Entsalzung von Meerwasser wird von einem amerikanisch-deutschen Team in der Zeitschrift Angewandte Chemie vorgestellt. Anders als herkömmliche Verfahren schluckt diese Methode wenig Energie und ist sehr einfach. Diese „elektrochemisch vermittelte Meerwasserentsalzung“ basiert auf einem Mikrokanalsystem und einer bipolaren Elektrode.

Die Vereinten Nationen schätzen, dass bereits ein Drittel der Weltbevölkerung in wasserarmen Gegenden lebt, bis 2025 soll sich diese Zahl verdoppeln. An Salzwasser herrscht dagegen kein Mangel. Eine naheliegende Lösung ist daher, Meerwasser zu entsalzen. Allerdings ist das gar nicht so einfach. Verfahren wie die Verdampfung und anschließende Kondensation des Wassers verbrauchen enorme Mengen an Energie. Die Umkehrosmose benötigt darüber hinaus teure, empfindliche Membranen, die leicht verkeimen, und aufwendige Vorbehandlungsschritte.

Der von Richard M. Crooks (University of Texas at Austin), Ulrich Tallarek (Universität Marburg) und ihren Kollegen mit Unterstützung des US-Energieministeriums entwickelte elektrochemische Ansatz kommt dagegen ohne Membran und hohe Energiemengen aus. Die Forscher drücken das Meerwasser durch ein System aus zwei Mikrokanälen von je 22 µm Breite, einem „Hilfskanal“ und einem verzweigten Arbeitskanal, sodass ein Fluss in Richtung der Auslassöffnungen entsteht. Die beiden Kanälchen sind elektrisch über eine bipolare Elektrode verbunden. Der Hilfskanal wird an eine Spannungsquelle angeschlossen, der Arbeitskanal geerdet und eine Potentialdifferenz von 3.0 V zwischen den Kanälen eingestellt.

Entscheidend ist der Aufbau des Kanalsystems: Die Elektrode ragt in die Verzweigungsstelle des Arbeitskanals. Aufgrund der Spannung wird ein Teil der negativ geladenen Chloridionen des Meerwassers an diesem Ende der Elektrode zu neutralem Chlor oxidiert. In dem feinen Kanalsystem entsteht dadurch an der Stelle der Abzweigung eine Zone, die an negativ geladenen Ionen verarmt ist, und als Folge ein elektrischer Feldgradient, der die positiv geladenen Ionen des Meerwassers in den abzweigenden Kanal dirigiert. Da aus physikalischen Gründen aber die Elektroneutralität innerhalb des Mikrokanals gewahrt bleiben muss, wandern auch die Anionen mit in die Abzweigung. Im abzweigenden Kanälchen entsteht so ein mit Salz angereicherter Strom, während in der Weiterführung des Arbeitskanälchens teilentsalztes Wasser fließt.

Die für die neue Technik benötigte Energiemenge ist so gering, dass das System mit einer einfachen Batterie arbeiten kann. Anders als bei der Umkehrosmose sind lediglich Sand und Schmutz aus dem Meerwasser zu entfernen, weitere Vorbehandlungsschritte, eine Desinfektion oder Zugabe von Chemikalien sind nicht erforderlich. Durch einfache Parallelschaltung vieler Mikrokanalsysteme kann der Wasserdurchsatz entsprechend erhöht werden. (Quelle: idw).

Lebensfreundlicher Mars: Opportunity entdeckt Gipsader

Dieses mit Opportunitys Panoramakamera (Pancam) aufgenommene Farbbild zeigt 'Homestake', eine mit den wissenschaftlichen Instrumenten des Rovers im Detail untersuchte Gipsader. Homestake ist etwa 1 - 1,5 cm breit und 50 cm lang Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/Cornell/ASU

Bild: Dieses mit Opportunitys Panoramakamera (Pancam) aufgenommene Farbbild 
zeigt 'Homestake', eine mit den wissenschaftlichen Instrumenten des 
Rovers im Detail untersuchte Gipsader. Homestake ist etwa 1 - 1,5 cm 
breit und 50 cm lang

Der NASA Mars-Rover Opportunity hat Ende 2011 am Rande des Meteoriten-Einschlagskraters Endeavour Gipsadern entdeckt. Gips wird in Wasser mit einer Temperatur unterhalb von 60°C abgeschieden. Der Fund belegt damit zumindest vorübergehend lebensfreundliche Bedingungen auf dem Mars. Das Gestein des Kraterrandes ist Suevit sehr ähnlich, eine für Einschlagskrater typische Gesteinsart. Die Ergebnisse der von Steve Squyres an der Cornell Universität in Ithaca, New York geleiteten Studie werden am 4. Mai 2012 vom Wissenschaftsjournal Science veröffentlicht. An dieser Studie ist der Geowissenschaftler Dr. Christian Schröder von der Universität Tübingen beteiligt

Christian Schröder erforscht am Zentrum für Angewandte Geowissenschaften die Biogeochemie von Eisenmineralen. Seit dem Start der NASA Mars Exploration Rover im Jahr 2003 ist er als Mitglied des Wissenschaftlerteams u.a. für den Einsatz des Röntgenfluoreszenz-Spektrometers des Rovers, dem APXS (Alpha-Particle X-ray Spectrometer) zuständig. Es wurde am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entwickelt und wird nun unter der Leitung von Ralf Gellert an der Unversität Guelph in Kanada weiter betrieben. Das APXS dient der Elementaranalyse und ermöglichte die entscheidenden Messungen zur Identifizierung der Gipsadern und Charakterisierung des Gesteins.

Opportunity ist seit nunmehr acht Jahren auf der Oberfläche des Mars unterwegs und hat dabei mehr als 33 km zurückgelegt. Endeavour hat einen Durchmesser von 22 Kilometern und ermöglicht den Zugang zu Gestein aus einer geologisch älteren Periode als der schwefelreiche Sandstein, der eine große Fläche um die Landestelle Opportunitys bedeckt. Der Krater war daher ein Fernziel des Rovers. Während der Fahrt zu Endeavour galt Schröders Interesse insbesondere den verstreut am Wegesrand liegenden losen Gesteinsbrocken. Einige dieser Gesteinsbrocken entpuppten sich als Meteorite, andere stammen von entfernten Einschlagskratern, jedoch nicht von Endeavour, wie die APXS-Analysen zeigen.

Gips mit der chemischen Formel CaSO4∙2H2O bildet sich nur im Beisein von Wasser. Es grenzt die Temperatur des Wassers auf maximal 60°C ein. Bei höherer Temperatur hätten sich andere Mine-rale wie z.B. Anhydrit, CaSO4, gebildet. Damit gab es am Rande des Endeavour-Kraters zumindest vorübergehend lebensfreundliche Bedingungen. Das Wasser zirkulierte durch Risse und Spalten im Gestein des Kraterrandes, nachdem dieser entstanden war. Die gleiche Quelle schwefelreichen Wassers hat wahrscheinlich auch zur Ablagerung des schwefelreichen Sandsteins an Opportunitys Landestelle beigetragen.

Endeavour ist sowohl von seiner Größe, als auch von der Gesteinszusammensetzung des Krater-randes dem Nördlinger Ries vergleichbar. Das Nördlinger Ries ist ein weltweit bekanntes Beispiel für einen Meteoriteneinschlagskrater auf der Erde. Suevit, ein sogenannter Impaktit, ist ein typisches Gestein am Rande eines Einschlagskraters. Es setzt sich zusammen aus zermahlenem Grundgestein, eingeschlossen Gesteinsbruchstücken, durch den Einschlag aufgeschmolzenes und zu Glas erstarrtes Material sowie durch Minerale, die nur bei extrem hohen Drucken und Tempera-turen entstehen. Suevit leitet sich vom lateinischen Suevia – Schwaben – ab und wurde am Nörd-linger Ries zum ersten Mal beschrieben. Das Nördlinger Ries entstand vor fast 15 Millionen Jahren durch den Einschlag eines etwa einen Kilometer durchmessenden Asteroiden. Endeavour entstand auf ähnliche Weise vor mehr als 3,7 Milliarden Jahren. (Quelle: idw, Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/Cornell/ASU)

Schneefall auf dem Saturnmond Enceladus

Dünne Streifen von hellem, eisigem Material erstrecken sich über Tausende von Kilometern von den Eisgeysiren am Südpol des Enceladus in den E-Ring des Saturns. Diese Gegenlichtaufnahme im sichtbaren Licht wurde mit der Weitwinkelkamera der Raumsonde Cassini aus einer Entfernung von 2,1 Millionen Kilometern gewonnen. NASA/JPL/Space Science Institute
Forscher finden heraus, wie die Eisgeysire auf dem Mond den E-Ring um Saturn speisen und obendrein für leichten Schneefall sorgen

Der Saturnmond Enceladus ist verblüffend aktiv. Vor nicht allzu langer Zeit entdeckte man Hinweise auf einen Ozean unter seiner Kruste. Außerdem schleudern Eisgeysire in der Südpolregion Teilchen ins All. Dabei entkommen die schnellen Partikel der Anziehungskraft des Mondes, landen im E-Ring von Saturn und werden zum Großteil von Enceladus wieder eingesammelt; die langsameren Eisteilchen dagegen sorgen für leichten Schneefall in der Umgebung der Geysire. Das fanden Forscher des Max-Planck-Instituts für Kernphysik mit ihrem Staubdetektor an Bord der NASA/ESA-Raumsonde Cassini heraus. Dazu verglichen sie Modellrechnungen mit Messungen der Raumsonde (Icarus 206, 446-457, 2010).

Enceladus stößt Fontänen von mikroskopischen Eispartikeln und Wasserdampf aus, die den diffusen äußeren E-Ring um Saturn speisen. Durchflüge von oben nach unten durch diesen Ring ermöglichten Messungen seiner Dicke und Struktur. Das wichtigste Instrument war der Staubdetektor CDA des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Kernphysik. “Die Daten lieferten unerwartete Details darüber, wie der Ring mit Material versorgt wird”, sagt Sascha Kempf. “Mit unseren Modellrechnungen und Simulationen konnten wir auch den Teilchenausstoß einzelner Eisgeysire ableiten.”

Sowohl die Produktionsraten der Eisgeysire als auch die dynamischen Eigenschaften der Eispartikel variieren erheblich. Die meisten der ausgestoßenen Teilchen werden von Enceladus während der folgenden zwei Umläufe um Saturn wieder eingesammelt, während die restlichen Teilchen vermutlich 50 bis 400 Jahre im Ring bleiben.

Bei ungefähr senkrechten Durchflügen durch den E-Ring fanden die Wissenschaftler auf den ersten Blick die erwartete glatte Glockenkurve für die Verteilung der Teilchen mit dem Maximum in der Mitte und Ausdünnen nach oben und unten. Unerwartete Spitzen in der Verteilung – vor allem in der Nähe von Enceladus – erwiesen sich bei genauerer Untersuchung nicht etwa als statistische Fluktuationen, sondern als echt: Sie spiegeln den Teilchenausstoß einzelner Eisgeysire wider. Die Aktivität jedes einzelnen Geysirs ist in der vertikalen Struktur des Rings abgebildet. Die Stärke der Spitzen zeigt, dass einige Geysire mehr ausstoßen als andere; dadurch verraten sich ihre Auswürfe auch noch in großer Entfernung.

Die Berechnungen der Teilchenflugbahnen ergaben, dass größere Partikel mit Durchmessern über 0,7 Mikrometer (tausendstel Millimeter) nur dauerhaft von Enceladus in den E-Ring entkommen können, wenn sie deutlich schneller sind als 207 Meter pro Sekunde – der Fluchtgeschwindigkeit von der Enceladusoberfläche. Dagegen werden kleinere Teilchen von den elektromagnetischen Kräften im rotierenden Magnetfeld des Saturns mitgerissen und können auf diese Weise leichter von Enceladus entkommen; dort vorhandene Ionen laden die zunächst neutralen Teilchen auf.

Das Modell liefert auch Aussagen darüber, wo und wie viel des Auswurfmaterials der Eisgeysire als “Schneefall” auf der Enceladusoberfläche niedergeht: Unabhängig von ihrer Größe landen die meisten Eispartikel in unmittelbarer Nähe der Schlote in der sogenannten Tigerstreifenregion im Südpolargebiet. Dort wächst die Schneedecke jährlich allerdings nur um einen halben Millimeter.

Frühere optische Messungen der Raumsonde Cassini ergaben, dass die Eiskörnchen auf der Enceladusoberfläche am Südpol erheblich größer sind als die von den Geysiren ausgestoßenen Teilchen. Außerdem nimmt ihre Größe mit zunehmendem Abstand von den Tigerstreifen ab. Das lässt sich durch physikalische Vorgänge auf der Oberfläche erklären: Kleine Körnchen wachsen durch Umkristallisieren oder Zusammenbacken unter dem Einfluss lokaler Wärme; andererseits schlagen Mikrometeoriten Körner aus der Eisoberfläche.

Weitere Messungen bei Durchflügen durch den E-Ring und nahen Vorbeiflügen an Enceladus während der verlängerten Cassini-Mission sollen den Forschern helfen, mögliche Variationen in der Aktivität der Eisgeysire zu entdecken. Sie schlagen vor, mit den Kameras und Spektrometern die Farben der einzelnen Fontänen zu analysieren, um die Größenverteilung der Eispartikel darin zu bestimmen. Quelle: idw, Foto:

Dünne Streifen von hellem, eisigem Material erstrecken sich über Tausende von Kilometern von den Eisgeysiren am Südpol des Enceladus in den E-Ring des Saturns. Diese Gegenlichtaufnahme im sichtbaren Licht wurde mit der Weitwinkelkamera der Raumsonde Cassini aus einer Entfernung von 2,1 Millionen Kilometern gewonnen. NASA/JPL/Space Science Institute

Uratmosphäre auf Super-Erde entdeckt

Die Super-Erde GJ 1214b (vorne links) zieht vor ihrem Zentralstern vorbei. Foto: Paul A. Kempton

(pug) Ein internationales Team von Wissenschaftlern der Universität Göttingen, des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und der University of California in Santa Cruz hat erstmals bei einer sogenannten Super-Erde die Struktur ihrer Atmosphäre untersuchen können. Die Forscher beobachteten den erst vor knapp einem Jahr entdeckten Planeten GJ 1214b, der außerhalb unseres Sonnensystems liegt und nur wenig größer als unsere Erde ist. „Dies ist die erste Super-Erde, bei der eine Atmosphäre nachgewiesen und untersucht wurde. Wir haben einen echten Meilenstein auf dem Weg zu einer Charakterisierung dieser Welten erreicht“, so der Leiter der Studie Dr. Jacob Bean.

Als Super-Erde bezeichnen Astronomen Planeten, die bis zu dreimal so groß wie die Erde sind und die ein- bis zehnfache Masse haben können. Man nimmt an, dass Super-Erden ein überwiegend festes Inneres haben und womöglich aus einem Gemisch aus Fels und Eis bestehen. Bislang sind erst sehr wenige von ihnen bekannt, besonders im Vergleich zu den sogenannten Gasriesen, die mittlerweile zu hunderten in Umlaufbahnen um ferne Sterne entdeckt worden sind. GJ 1214b ist 2,7-mal so groß und 6,5-mal so massereich wie unsere Erde.

Um seine Atmosphäre nachzuweisen, beobachteten die Astronomen den Planeten, während er vor seinem Zentralstern vorbeizog. Dabei leuchtet das Licht des Sterns aus unserer Perspektive den Planeten „von hinten“ an, wodurch die Atmosphäre, die den Planeten umgibt, sichtbar wird. Das Licht scheint durch die Atmosphäre des Planeten hindurch, die gasförmigen Bestandteile der Atmosphäre absorbieren das Licht bei charakteristischen Wellenlängen und das so beobachtbare Spektrum kann als „chemischer Fingerabdruck“ interpretiert werden. Mit vergleichbaren Beobachtungen konnten zuvor schon Gase wie Wasserstoff, Methan und Natriumdampf in den Atmosphären ferner „heißer Jupiter“ nachgewiesen werden.

Die genaue chemische Zusammensetzung der Atmosphäre ist bislang noch unklar. Die deutschen und amerikanischen Wissenschaftler beobachteten die Super-Erde mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile im nahinfraroten Spektralbereich. Ob die Atmosphäre des Planeten eher dampf- oder eher gasreich ist, könnten weitere Beobachtungen im langwelligen Infrarotbereich klären. Die neuen Beobachtungen schließen allerdings aus, dass der Planet von einer wolkenlosen wasserstoffreichen Atmosphäre umgeben ist. Bestünde die Atmosphäre von GJ 1214b überwiegend aus Wasserstoff, müsste sie wie auf der Venus von einer dichten Wolkendecke oder wie auf dem Saturnmond Titan von einem hochgelegenen Schleier von Aerosolen verhüllt sein.

Die Daten ließen sich aber auch durch eine weit dichtere Gashülle mit einem hohen Anteil schwerer Gase erklären. „Mit den aktuellen Beobachtungen können wir noch nicht sicher entscheiden, von welcher genauen Beschaffenheit diese Atmosphäre ist. Aber sie zeigen sicher, dass sie sich von allen bisher beobachteten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems unterscheidet“, erläutert Dr. Derek Homeier von der Universität Göttingen. „Sie könnte der Uratmosphäre unserer Erde weit ähnlicher sein, oder auch auf eine wasserreiche Welt mit einer Hülle aus Wasserdampf hinweisen.“ Und Dr. Bean ergänzt: „Eine solche Atmosphäre müsste zu mindestens einem Fünftel aus Wasserdampf bestehen. Damit würde sie sich sehr von unserer Erdatmosphäre unterscheiden, die aus vier Fünfteln Stickstoff und einem Fünftel Sauerstoff besteht, mit nur kleinen Spuren von Wasserdampf. Etwas Vergleichbares existiert in unserem Sonnensystem nicht.“ (Quelle: idw, Foto: Die Super-Erde GJ 1214b (vorne links) zieht vor ihrem Zentralstern vorbei – Paul A. Kempton). Originalveröffentlichung: Jacob Bean et al. A ground-based transmission spectrum of the super-Earth exoplanet GJ 1214b. Nature. DOI: 10-1038/nature09596

Riesige Wasservorkommen im All aufgefunden

Wasser im All

Wasser gilt als Elixier des Lebens – und das Weltall ist voll davon. Jetzt haben Wissenschaftler das kostbare Element in einer Scheibe um einen jungen Stern vom Typ unserer Sonne gefunden. Die Scheibe, in der später vermutlich Planeten geboren werden, beinhaltet hundertmal mehr Wasser als alle Ozeane der Erde zusammen. Die Beobachtungen gelangen mit dem IRAM-Interferometer und werfen ein Licht auf die rätselhafte Herkunft von Wasser in unserem eigenen Sonnensystem (The Astrophysical Journal, 10. Februar 2010).

Ein Großteil des Wassers in den irdischen Ozeanen stammt sehr wahrscheinlich aus einer überaus instabilen molekularen Wolke, aus der einst unser Planetensystem entstand. Wo sich das Wasser allerdings genau gebildet hat und wie die einzelnen Moleküle schließlich vor ungefähr 4,5 Milliarden Jahren ihren Weg von der riesigen Wolke auf einen so winzigen Himmelskörper wie die Erde fanden, zählt zu den wichtigsten Fragen unserer Ursprungsgeschichte. Riesige Wasservorkommen im All aufgefunden weiterlesen

Trinkwasser aus Wüstenluft

Kein Pflänzchen weit und breit – dafür ist es in der Wüste zu trocken. Doch in der Luft ist Wasser enthalten. Forscher haben nun einen Weg gefunden, aus der Luftfeuchtigkeit Trinkwasser zu gewinnen. Das System basiert nur auf regenerativer Energie und ist daher autark.

Risse ziehen sich durch den ausgedörrten Wüstenboden – die karge Landschaft ist geprägt von Wassermangel. Doch selbst dort, wo es an Seen, Flüssen und Grundwasser mangelt, sind in der Luft erhebliche Wassermengen gespeichert: In der Negev-Wüste in Israel beispielsweise beträgt die relative Luftfeuchtigkeit im Jahresmittel 64 Prozent – in jedem Kubikmeter Luft befinden sich 11,5 Milliliter Wasser.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart haben gemeinsam mit ihren Kollegen von der Firma Logos Innovationen einen Weg gefunden, diese Luftfeuchtigkeit autark und dezentral in trinkbares Wasser umzuwandeln. »Der Prozess, den wir entwickelt haben, basiert ausschließlich auf regenerativen Energiequellen wie einfachen thermischen Sonnenkollektoren und Photovoltaikzellen, was diese Methode vollständig energieautark macht. Sie funktioniert also auch in Gegenden, in denen es keine elektrische Infrastruktur gibt«, sagt Siegfried Egner, Abteilungsleiter am IGB. Das Prinzip: Hygroskopische Salzsole – also Salzlösung, die Feuchtigkeit aufsaugt – rinnt an einer turmförmigen Anlage hinunter und nimmt Wasser aus der Luft auf. Anschließend wird sie in einen Behälter gepumpt, der in einigen Metern Höhe steht und in dem Vakuum herrscht. Energie aus Sonnenkollektoren erwärmt die Sole, die durch das aufgenommene Wasser verdünnt ist. Der Siedepunkt liegt aufgrund des Vakuums niedriger als bei normalem Luftdruck. Diesen Effekt kennt man aus den Bergen: Da der Luftdruck auf dem Gipfel geringer ist als im Tal, kocht Wasser bereits bei Temperaturen deutlich unter 100 Grad Celsius. Das verdampfte, salzfreie Wasser kondensiert über eine Destillationsbrücke und läuft über ein vollständig gefülltes Rohr kontrolliert nach unten ab, wobei die Schwerkraft dieser Wassersäule kontinuierlich das Vakuum erzeugt – eine Vakuumpumpe ist nicht nötig. Die wieder konzentrierte Salzsole fließt erneut an der Turmoberfläche hinunter, um Luftfeuchtigkeit aufzunehmen.

»Das Konzept eignet sich für verschiedene Größenordnungen: Es sind sowohl Einzelpersonenanlagen denkbar als auch Anlagen, die ganze Hotels mit Wasser versorgen«, sagt Egner. Für beide Komponenten, die Aufnahme der Luftfeuchtigkeit und die Vakuumverdampfung, gibt es Prototypen. In Laborversuchen haben die Forscher das Zusammenspiel der beiden Komponenten bereits getestet. In einem weiteren Schritt wollen die Forscher eine Demonstrationsanlage entwickeln.  (Text: Copyright © by
Fraunhofer-Gesellschaft)

Außerirdisches Leben auf dem Saturnmond Enceladus?

Ein lebhafter kleiner Saturnmond

Enceladus, der sechstgrößte Trabant des Ringplaneten, steckt voller Überraschungen – und könnte Spuren von Leben bergen
Im Inneren des kleinen Saturnmonds Enceladus vermuten Planetenforscher organische Verbindungen, Kanäle oder gar Seen mit flüssigem Wasser. Energie, Kohlenstoffverbindungen, Wasser: die drei Voraussetzungen für Leben, wie wir es kennen. Die Erforschung dieses fremdartigen und fernen Orts bringt uns – nach unserem Nachbarplaneten Mars, dem Saturnmond Titan und dem Jupitermond Europa – eine weitere Welt im Sonnensystem nahe, die sich vielleicht für lebende Organismen eignet. Als die Raumsonde Cassini vor einigen Jahren die Südhalbkugel von Enceladus überflog, enthüllte sie eine Landschaft, die im Sonnensystem nicht ihresgleichen hat. Einen Eindruck von der Begeisterung, die dies unter Planetenforschern auslöste, vermittelt Carolyn Porco, Leiterin des Cassini-Kamerateams, in der Juniausgabe von Spektrum der Wissenschaft.

Bei Cassinis Wanderung über die Südpolregion fing der Staubanalysator winzige Partikel auf, die offenbar von dort emporgeschleudert worden waren. Zwei andere Instrumente entdeckten Wasserdampf sowie Anzeichen für Kohlendioxid, Stickstoff und Methan. Außerdem spürte die Infrarotkamera lokale Bodentemperaturen bis zu minus 90 Grad auf – weit mehr als die minus 200 Kelvin, die durch bloße Sonneneinstrahlung zu erwarten wären. Auf Fotos des Horizonts im Gegenlicht der Sonne sahen die Planetenforscher außerdem eine gewaltige Wolke kleiner Eispartikel, die sich um mehrere hundert Kilometer über den Südpol erhob.Seither hat die Cassini-Sonde mehrere Vorbeiflüge an Enceladus absolviert und ist in wenigen Kilometern Höhe in dichtere Regionen der Eruptionsfahne vorgedrungen. Bei einer besonders engen Passage im März 2008 entdeckte Cassini zusätzlich zu Wasserdampf, Stickstoff, Kohlendioxid und Methan kleine Beimengungen anderer Kohlenstoffverbindungen wie Azetylen und Cyanwasserstoff sowie Spuren von Ethan, Propan, Benzol, Formaldehyd und anderen organischen Verbindungen. Woher nimmt Enceladus die Energie für seine geologische Aktivität? Irdisches Gestein enthält radioaktive Substanzen, die Wärme erzeugen. Zweifellos gilt für Enceladus das Gleiche, aber all sein Gestein reicht nicht aus, die beobachtete Wärme zu produzieren. Ansonsten kommen als plausible Wärmequelle nur Gezeitenkräfte in Frage. So wie die Schwerkraft von Sonne und Mond unseren Planeten ein wenig deformiert und das Wechselspiel von Flut und Ebbe hervorruft, knetet Saturns Gravitation Enceladus durch. Wegen dessen exzentrischer Bahn variiert sein Abstand von Saturn. Je näher er ihm kommt, desto mehr wird er deformiert. Diese Variation erzeugt innere Verschiebungen und somit Wärme.

Da Enceladus unter der Oberfläche fast sicher Wasser birgt, stehen wir vor der faszinierenden Möglichkeit, dass sich in dem kleinen Mond zumindest Vorstufen von Leben regen. Einem Ökosystem auf Enceladus würden auf der Erde am ehesten unterirdische vulkanische Schichen ähneln, in denen Wasser in völliger Finsternis heißes Gestein umspült. Hier findet man Organismen, die entweder Wasserstoff und Kohlendioxid aufnehmen, um daraus Methan zu erzeugen, oder Wasserstoff und Sulfate; Energie beziehen sie nicht von der Sonne, sondern aus der Erdwärme.

Ob so etwas auch auf Enceladus existiert? Dafür müsste eine Sonde auf dem Saturnmond landen und sein Innenleben noch genauer untersuchen. Quelle: Spektrum der Wissenschaft, Juni 2009