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EnEx-Sonde entnimmt erstmals "saubere" Wasserproben

erstellt von egoernert zuletzt verändert: 10.02.2015 10:59

Ohne Wasser - kein Leben: Dieses Prinzip gilt für die Erde, aber auch für andere Himmelskörper. Wasser, das seit Millionen Jahren verborgen unter einer dicken Eisschicht liegt, kann uns etwas über die Entstehung und Entwicklung von Leben verraten. Wenn man so eine Probe bergen will, muss man allerdings darauf achten, dass keine Mikroorganismen von der Oberfläche eingeschleppt werden und die Probe sowie das Unterwasserbiotop verunreinigen.

Erstmals überhaupt ist es mit dem Enceladus Explorer (EnEx-) Projekt des Raumfahrtmanagements des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gelungen, mit einer Einschmelzsonde - dem sogenannten IceMole (englisch für "Eis-Maulwurf") der FH Aachen - eine kontaminationsfreie, subglaziale Wasserprobe zu entnehmen und an die Oberfläche zu bringen. Was nun an den antarktischen Blood Falls auf der Erde gelungen ist, soll später einmal auch auf dem Saturnmond Enceladus gelingen. Dafür wird das EnEx-Projekt auch über das Jahr 2015 hinaus fortgesetzt.

Die sogenannten "Blood Falls" haben ihren Namen von der Verfärbung des eisenhaltigen, extrem salzigen Wassers. (Foto: Jill Mikucki)Rückblick: 30. November 2014, 15.30 Uhr Neuseelandzeit, südliche Antarktis, 77 Grad 43 Süd, 162 Grad 16 Ost, Taylor-Gletscher, minus zehn Grad Außentemperatur. Seit 15 Stunden schmilzt sich der "Eis-Maulwurf" mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Stunde in den Gletscher. Der IceMole ist eine zwei Meter lange, rechteckige Röhre, die von Heizelementen umgeben ist. An der Spitze sitzen ein Schmelzkopf mit 16 Heizelementen und eine Eisschraube, die den Kopf in das Eis hineinzieht. Kontakt zur Basisstation auf dem Gletscher hält er durch ein Kabel. Dort oben auf dem Taylor-Gletscher sitzen nun vier deutsche Ingenieure in einem kleinen Zelt und verfolgen die Kurven - die "Lebenszeichen" des IceMole - auf ihren Monitoren. Alles sieht völlig normal aus, doch dann laufen gleich mehrere Kurven aus dem Ruder: Die elektrische Leitfähigkeit des Schmelzwassers an der Spitze des IceMoles steigt deutlich an. Die Temperatur des Schmelzkopfes nimmt zu und seine Vortriebsgeschwindigkeit ab. Eigentlich wurde der See unter dem Gletscher aufgrund der Aufklärungsinstrumente in größerer Tiefe erwartet. Die Wissenschaftler stoppen erst einmal den "Eis-Maulwurf". Bislang hat er sich in einem Winkel von 65 Grad 16 Meter tief in den Gletscher geschmolzen. Ist das schon der Durchbruch? Sind die Wissenschaftler am Ziel?

Drei Jahre haben sie auf diesen Moment hingearbeitet, haben sich durch den Morteratschgletscher im schweizerischen Kanton Graubünden und den Kanada-Gletscher in der Antarktis geschmolzen. Haben sie nun die Spalte durchbrochen, die Wasser aus dem Gletscher zu den Blood Falls transportiert? Die Ingenieure des EnEx-Projektes beraten sich nun mit den US-amerikanischen Wissenschaftlern des Minimally Invasive Direct Glacial Exploration (MIDGE-) Projektes der National Science Foundation (NSF). Die US-amerikanischen Mikrobiologen werden die Proben des Gletschersees untersuchen, die ihnen der IceMole nach oben bringt. Alle sind sich einig: Der "Eis-Maulwurf" ist durch. Die Probenentnahme kann beginnen. Damit haben Wissenschaftler zum ersten Mal überhaupt minimal-invasiv kontaminationsfrei Wasser aus einem subglazialen See - das salzhaltige sogenannte Brine - entnommen. "Einer der aufregendsten Aspekte des Projektes war die Zusammenarbeit mit dem deutschen EnEx-Team. Sie sind die Experten für Raumfahrttechnologie. Sie wissen, dass Raumfahrt der Schlüssel dazu war, einen Weg zu finden, um eine saubere Probe aus dem subglazialen See der Blood Falls zu holen. Denn dieser Weg hilft uns nicht nur dabei, saubere Proben zu entnehmen. Er hilft uns auch dabei, die Antarktis weiter zu erforschen und dabei ihre ursprüngliche Umwelt zu erhalten", blickt Jill Mikucki, Geomikrobiologin an der University of Tennessee in Knoxville (USA) und Leiterin des MIDGE-Projektes, zurück.

"Tatort" Blood Falls


Ein rostbrauner, blutroter Strom ergießt sich aus dem antarktischen Taylor-Gletscher in den Lake Bonney. Eisenhaltiges, extrem salziges Wasser tritt sporadisch durch kleine Risse in der Eiskaskade aus, oxidiert sofort und verleiht so dem Wasser seine blutige Farbe - die sogenannten Blood Falls. Die Quelle und das wissenschaftliche Objekt der Begierde ist ein subglazialer See von unbekannter Größe, überlagert von dickem Eis, mehrere Kilometer von dem kleinen Auslass an den Blutfällen entfernt. Das Wasser in dem See ist seit mutmaßlich zwei Millionen Jahren völlig von der Außenwelt abgeschieden. Welche "Bewohner" sind dort unten zu Hause? Nach Jill Mikucki leben dort mindestens 17 verschiedene Arten von Mikroben unter extremen Bedingungen. Wie haben Sie sich an diese Umwelt angepasst? Diese und andere Fragen können dank EnEx in naher Zukunft beantwortet und das Rätsel der mysteriösen Blood Falls entschlüsselt werden.

Von den Blood Falls zum Enceladus


Der antarktische Erfolg gibt dem gesamten EnEx-Projekt Auftrieb. Das noch bis Ende März 2015 laufende EnEx-Verbundvorhaben erreichte mit dem erfolgreichen Einsatz an den Blood Falls einen ersten Höhepunkt. Das Zusammenspiel unterschiedlichster Technologien für Einsatz unter extremen Umweltbedingungen wurde in EnEx erfolgreich getestet, eine Weiterentwicklung wird im Rahmen der "EnEx - Enceladus Explorer" Initiative erfolgen. DLR-Projektmanager Oliver Funke liegt dabei besonders ein autonomes Navigationsverfahren am Herzen: "Wenn EnEx auf dem Enceladus zum Einsatz kommen soll, dann muss er völlig selbstständig seinen Weg von der Oberfläche bis zu einer wasserführenden Spalte im Eispanzer des Saturnmondes finden. Zudem muss er im Eiskörper vorhandenen Hindernissen, wie zum Beispiel Hohlräume oder Meteoriten, zuverlässig erkennen und einen Weg um sie herum finden können. Ein robustes, autonomes Navigationsverfahren ist daher eine Schlüsseltechnologie für EnEx, deren Entwicklung für die Realisierung einer solchen späteren Weltraummission absolut notwendig ist."

Bislang gibt es aber weltweit noch keine Einschmelzsonde, die das kann. Da die NASA ihre Entwicklung des CryoBot eingestellt hat, ist der EnEx-IceMole aktuell der einzige "Vertreter seiner Art". Doch wie findet die Sonde ihren Weg durch das Eis zur Spalte? "Akustische Navigationsverfahren auf Ultraschallbasis ergänzt um Trägheitsnavigations- und Magnetometerverfahren haben bislang gute Arbeit geleistet. In weiteren Forschungsarbeiten sollen diese Schlüsseltechnolgien nun zur Anwendungsreife weiterentwickelt werden, die auch den Anforderungen der Umgebungsbedingungen auf dem Enceladus gerecht wird", erklärt Funke.

Die Sonde soll auf dem Weg zum Wasser fortlaufend ihre Lage und Position bestimmen, den Abstand zum Ziel messen, einen optimalen Weg errechnen, dabei Risiko, Reichweite und Energieaufwand mit in die Rechnung einbeziehen, diese Daten über eine Kabelverbindung zur Oberflächenstation senden und außerdem auch Hindernissen im Eis ausweichen. An dieser komplexen 3D-Navigationslösung arbeiten in der EnEx-Initiative Wissenschaftler der Universität der Bundeswehr München, der TU Braunschweig, der FH Aachen, der RWTH Aachen, der Bergische Universität Wuppertal und der Universität Bremen.


Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Köln, Februar 2015