Gesteinsuntersuchungen bei 500 Grad

Das DLR-Institut für Planetenforschung plant in seinem "Planetaren Emissivitätslabor" (PEL) Experimente zum Abstrahlverhalten von vulkanischen Gesteinen bei hohen Temperaturen bis zu 500 Grad Celsius durchzuführen - also unter Bedingungen, wie sie auch auf der Venusoberfläche anzutreffen sind. Die Emissivität gibt an, wie viel thermische Strahlung ein Material bei einer bestimmten Temperatur abgibt. Diese Eigenschaft und vor allem ihre Abhängigkeit von der Wellenlänge unterscheiden sich von Gestein zu Gestein und kann damit zu deren Bestimmung genutzt werden. Das Bild zeigt den Versuchsaufbau im PEL und einige Vulkangesteine, die vom aktiven italienischen Vulkan Stromboli stammen. Das im PEL gemessene Spektrum (rechts oben) stammt von einem silikatreichen Gestein namens Andesit

Bis tatsächlich das erste Stück der Venusoberfläche in einem irdischen Labor untersucht wird, werden vermutlich noch viele Jahre vergehen. Doch schon heute stellen Laboruntersuchungen an vulkanischen Gesteinen von der Erde eine wichtige Hilfe dar, um die von über zehntausend Vulkanen geprägte Oberfläche der Venus zu analysieren. Wissenschaftler am Institut für Planetenforschung des DLR vergleichen die spektralen Eigenschaften von irdischen Vulkangesteinen mit Messungen der ESA-Raumsonde Venus Express, um die mineralogische und chemische Zusammensetzung der Venusoberfläche zu bestimmen.

Mit dem Spektrometer VIRTIS an Bord von Venus Express ist es möglich, in einigen Wellenlängen des nahen Infrarots durch die dichte Wolkenhülle des Planeten auf die Oberfläche zu blicken. Durch den Vergleich der aufgenommenen Spektren mit Messungen von Gesteinen süditalienischer Vulkane kann besser eingeschätzt werden, um welche Gesteine es sich auf der Venus handelt. Das könnte ein bedeutender Beitrag zur Lösung der Frage sein, wie sich der Vulkanismus auf der Venus entwickelt hat.

Bei der Interpretation der Venus Express-Daten von der heißen Planetenoberfläche stellt sich eine ganz grundlegende Frage: Verändern sich bei fast 500 Grad Celsius heißen Gesteinen die spektralen Eigenschaften von Mineralen, also ihr Reflexionsverhalten gegenüber unterschiedlichen Wellenlängen? Dieser Frage geht das DLR mit seinem "Planetaren Emissivitätslabor" (PEL) nach. Mit dem PEL kann die so genannte Emissivität von Mineralien und Gesteinen vermessen werden, die zeigt, wie viel thermische Strahlung ein Material bei einer bestimmten Temperatur abgibt. Diese Eigenschaft und vor allem ihre Abhängigkeit von der Wellenlänge unterscheiden sich von Gestein zu Gestein und kann damit zur Identifikation genutzt werden. Dies wird auch von einem Spektrometer-Experiment auf der ESA-Mission Mars Express genutzt, das durch Messungen an Mars-relevanten Mineralen im PEL unterstützt wird.

Wie so vieles an der Venus, sind vergleichbare Messungen bei diesem Planeten ungleich komplizierter als am Mars. Zum einen muss die Emissivität im sehr nahen Infrarot bei 1,0 Mikrometer gemessen werden. Hier dominiert aber eigentlich das reflektierte Sonnenlicht die Messungen, weshalb an der Venus die Messungen mit dem Spektrometer VIRTIS und dem Nahinfrarotkanal der Kamera VMC auf der Nachtseite durchgeführt werden. Auch im Labor müssen störende Strahlungsquellen eliminiert werden; hier befinden sich die Gesteinsproben während der Messung in totaler Dunkelheit.

Zum anderen herrschen auf der Venus permanent Temperaturen von fast 500 Grad C. Bei dieser Hitze können sich die Eigenschaften von Gesteinen ändern und dies kann Einfluss auf ihre spektralen Signaturen haben. Das PEL wird für diese Arbeiten derzeit mit einem speziellen Induktions-Heizsystem erweitert, dass es erlauben wird Proben in kurzer Zeit auf über 500 Grad C zu erhitzen.

Für die Messungen werden Proben benötigt, die möglichst ähnlich denen auf der Venus sind. Einige solcher Proben befinden sind seit kurzem vorhanden: Sie wurden von Dr. Jörn Helbert, dem Leiter des Labors, während der Dreharbeiten zu einer Venus Express-Dokumentation der ESA auf der Insel Vulcano (Italien) gesammelt. Weiteres Material wird vom Vernadski-Institut in Moskau im Rahmen einer internationalen Kooperation mit dem DLR und dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau zur Verfügung gestellt. Die enge Kooperation zwischen Datenauswertung und begleitenden Labormessungen sind der Schlüssel zum Verständnis der Oberflächenzusammensetzung der Venus aus den Infrarotdaten von VIRTIS und VMC.

Links:
Das Bild in höherer Auflösung: (3072x2048 Pixel, JPG, 1.4 MB)
Die wissenschaftlichen Seiten des Venus Express Teams: www.dlr.de/venusexpress/
Die Venus Express-Sonderseite der ESA: www.esa.int/SPECIALS/Venus_Express
Venus Express Ground Observing Project: http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=38833

VIRTIS Teamsite (Institut für Planetenforschung)
ISAF VIRTIS auf VEX Teamsite
Weitere Highlights der Woche zum Thema Venus