Könnten Proben vom Mars die Erde kontaminieren?

Ein Astronautenteam auf der Internationalen Raumstation. Marsproben zur Analyse. Im Inneren eine völlig unerwartete Lebensform. Eine seltsame weiße Zelle, deren Entwicklung außer Kontrolle gerät… Läutt es eine Glocke? Das ist die Handlung des Films Leben Regie Daniel Espinosa, erschienen 2017.

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Obwohl das Drehbuch alle Fantasien beflügeln kann, ist es weit vom wirklichen Leben entfernt. Tatsächlich ist es unwahrscheinlich, dass in den vom Mars entnommenen Proben ein lebender Organismus gefunden wurde. Damit Leben auf dem Roten Planeten aktuell existiert, wäre es eigentlich notwendig, dass wir die richtige Probe nehmen und dass das Leben laut Wärmeschutz der Kapsel sechs Monate Raumfahrt und dann extreme Temperaturen aushält. Zurück, bei der Rückkehr in die Erdatmosphäre…

Ja, aber die Wissenschaftler der Mars Sample Return Mission schließen die Möglichkeit von Leben in den Proben nicht vollständig aus. Wenn sie vorhanden sind, ist es unbedingt erforderlich, dass sie das Land nicht verschmutzen. Um dieses Problem zu lösen, entwickelt Alexandre Simeonovici, Forscher am Institut für Geowissenschaften und Professor an der Universität Grenoble, seit 2004 einen versiegelten Probenhalter für den Mars. Das System wird in der Lage sein, das gesammelte Marsgestein zu schützen und gleichzeitig nicht-invasive Analysen mit Röntgenstrahlen und Lasern.

Mars-Probenhalter: ein kleiner Körper mit riesigen Einsätzen

Hier ist der vom Forscher Alexander Simeonovich erfundene Probenhalter. Credits: David Richalet/CNES.

Konkret ist der Probenhalter eine kleine Schachtel mit drei ineinander verschachtelten Kammern, wie russische Puppen. Alles hat die Größe einer Faust. In die Mitte werden drei oder vier Körner Marsboden mit einem Gewicht von wenigen Mikrometern in ein Kapillarröhrchen gegeben. Der winzige Aktuator ermöglicht es der Kapillare, sich um einige Tausendstel Grad selbst zu drehen, was eine 3D-Granula-Modellierung ermöglicht. Die Wände der Kammern bestehen überall aus reinem Titan, um eine Kontamination der Probe zu vermeiden. An den Seiten ermöglichen kleine Fenster, dass Röntgenstrahlen und Laser das Ziel erreichen.

„Wir mussten auf eine Doppelnennung reagieren“, erklärt Alexander Simeonovich. „Erstens wird die Probe beim Kontakt mit Wasser oder gemahlenem Sauerstoff, der stark oxidierend ist, nicht beschädigt. Aber das Wichtigste: Die terrestrische Umgebung nicht mit Marskörnern zu belasten.“ Und natürlich lassen Sie die Ernte für die radiologische Analyse bereit. Wie erfüllen Sie all diese Kriterien?

sehr niedriger Druck

In den kleinsten Kammern, die Kapillaren enthalten, ist der Druck negativ und niedriger als in der zweiten Kammer, die sie bedeckt. Er selbst hat weniger Druck als letzterer, was das Ganze schützt. In jedem Fach messen Mikrosensoren diese Daten ständig. Ein Druck unterhalb des Atmosphärendrucks ermöglicht den Schutz der terrestrischen Umgebung im Falle eines Reißens des Probenhalters. „Im schlimmsten Fall gelangt nur sehr wenig in die Erdatmosphäre, aber nicht umgekehrt“, präzisiert der Forscher.

Beryllium-Röntgenfenster

An den Seiten befinden sich sechs kleine Öffnungen (zwei pro Kammer), die jeweils einige Millimeter lang sind und die es ermöglichen, die Strahlen auf die Marskörner zu richten. Röntgenstrahlen geben unter anderem ihre atomare Struktur wieder. Dafür benötigen Sie jedoch ein geeignetes Fenster. Da das aus Silizium und Sauerstoff bestehende Glas einen Großteil der Röntgenstrahlung blockiert, entwarf der Forscher die Fenster aus Beryllium, „einem chemischen Element, das viel weniger Röntgenstrahlen absorbiert“.

Saphirfenster für grünen Laser und Infrarot

Auch beim grünen Raman-Laser, der die molekulare Struktur von Mineralien charakterisiert, und beim Infrarot-Laser, der das Vorhandensein von Wasser oder Kohlenstoffverbindungen (CO, CO.₂, CH₄) in Gesteinsextrakten. Auch Glas kam für diese Art der Messung nicht in Frage. Der Forscher erklärt: „Der Saphir-Manipulator scheint die beste Lösung zu sein, um die Genauigkeit der Analyse durch grünen Laser und Infrarot nicht zu beeinträchtigen.“ Die Kapillaren mit der Probe bestehen aus Quarz und ihre Wände sind sehr dünn – nur 10 Mikrometer. Die drei Kammern sind mit Stickstoff gefüllt, einem Inertgas, das den Vorteil hat, nicht reaktiv zu sein.

Der Perseverance-Rover nahm mit seinem Roboterarm 32 Proben des Marsbodens. Diese Bilder wurden von der Kamera am Ende dieses Arms aufgenommen. Credits: NASA/JPL-Caltech/MSSS.

Sehr sensibler Prozess

Der Perseverance Chariot wird voraussichtlich insgesamt etwa 500 g Marsgestein ernten. Es sieht vielleicht nicht nach viel aus, aber es ist tatsächlich riesig! Packungsanalysen werden an wenigen Körnern durchgeführt, die von Nanogramm bis Milligramm reichen. Wir sind noch nicht bereit, mehrere hundert Gramm zu analysieren … „, schlägt Alexander Simeonovich vor.

Neben der Menge des zu untersuchenden Materials ergeben sich gewisse technische Einschränkungen. Wie werden die Marskörner aus den gelagerten Röhrchen in die Probenhalter überführt, ohne die Atmosphäre zu verschmutzen?

Die Übertragung kann in P4-Laboratorien erfolgen, die auf die Beherbergung hochpathogener Mikroorganismen spezialisiert sind. Es ist dann notwendig, jedes Röhrchen zu öffnen und die Pillen nacheinander in Kapillaren zu geben, die feiner als eine Bleistiftmine sind. Es gilt noch zu wissen, welche Körner zu analysieren sind … „Man kann sich die Komplexität der Entscheidung vor einer so großen Menge an extraterrestrischem Staub vorstellen“, sagte der Forscher.

Und was passiert dann mit den Marsproben?

Trotz aller Vorsichtsmaßnahmen können Exemplarbesitzer im Falle eines Sturzes nachgeben. Seine Wände bestehen aus Titan und sind daher ziemlich widerstandsfähig. Sicherheitslücken können also von Windows ausgehen. Bei einem Riss sollte der Probenhalter sofort in einen luftdichten Behälter gelegt werden. Andere Röhrchen, die nicht analysiert wurden, „werden für zukünftige Generationen aufbewahrt“.

Derzeit wurde der Probenhalter des französischen Forschers nicht von der US-Raumfahrtbehörde und der Europäischen Weltraumorganisation, die die Re-Tube-Mission leiten, ausgewählt. Aber der Forscher ist sich sicher, dass seine Erfindung, die ein europäisches Patent besitzt und in Zusammenarbeit mit CNES entwickelt wurde, beim Transport und der Analyse dieser Proben eine wichtige Rolle spielen kann. Die Labore der großen Welt werden sicherlich die Körner aus einem der Röhrchen holen wollen, um sie an großen Instrumenten wie einem Synchrotron zu analysieren. Diese Körner können mehrmals um die Erde wandern. Wir können die Begeisterung der Wissenschaftler verstehen, denn der Schatz ist unveröffentlicht. Zumal einige von ihnen von der Möglichkeit der Entdeckung biologischer Fossilien überzeugt sind, wie etwa der Forscher Alexander Simeonovich. Die Antwort ist in ein paar Jahren…