Amerikaner sind bekanntermaßen Waffenliebhaber. Daher dürfte es nicht überraschen, dass ein Team von NASA-Wissenschaftlern eine Methode entwickelt hat, um einen modifizierten Sensortyp in den Boden eines außerirdischen Körpers zu „schießen“ und herauszufinden, woraus dieser besteht. Genau das haben Sang Choi und Robert Moses vom NASA-Forschungszentrum Langley getan, obwohl ihre Kugeln miniaturisierte Spektrometer und keine hohlen Metallhülsen sind.
Schauen wir uns zunächst die miniaturisierten Spektrometer an. Spektrometer sind seit Jahrzehnten ein Arbeitspferd der Weltraumforschung. Sie analysieren alles von der Oberfläche des Enceladus bis hin zu Sternen. Sie verwenden jedoch fast alle eine Art Spektroskopie, die als Fraunhofer-Beugung bekannt ist. Dr. Choi und Dr. Moses entschieden sich, bei ihrer Erfindung ein anderes physikalisches Phänomen zu verwenden, das als Fresnel-Beugung bekannt ist.
Bei der Fresnel-Beugung wird ein Spektraldiagramm bei viel kleineren Abständen sehr deutlich als bei der Fraunhofer-Beugung. Da der erforderliche Abstand zwischen einem „Gitter“ und dem Sensor, der bei einem Spektrometer mit Fraunhofer-Beugung erforderlich ist, eine der Konstruktionsbeschränkungen des Systems ist, sind die meisten heute verwendeten Spektrometer unerschwinglich groß.
Fraser erörtert die Bedeutung des Südpols des Mondes, der viele permanent im Schatten liegende Krater umfasst. Quelle: Universe Today
Die Fresnel-Beugung ermöglicht jedoch die Herstellung viel kleinerer Spektrometer. Im Falle der Erfindung von Dr. Choi und Moses passen die gesamte erforderliche Stromversorgung, Signalisierung und Analyseelektronik in ein kleines zylindrisches Rohr, das nur geringfügig größer ist als eine herkömmliche Kugel.
Das war wahrscheinlich der Ursprung der Idee, diese Sensoren in den Boden zu schießen. Wenn die „Mikrospektrometer“ von Regolith umgeben wären, sei es vom Mond, einem Asteroiden oder dem Mars, könnte man die Zusammensetzung des Bodens, wo auch immer er eingebettet ist, schnell analysieren.
Da diese Sensoren leicht zu platzieren sind, könnte ein einzelner Astronaut (oder Rover) – wenn man mehrere davon über einen Mondkrater verteilt – die Bodenzusammensetzung eines ganzen Gebiets untersuchen, ohne für jede Probenentnahmestelle manuell einen Graben ausheben zu müssen.
Hier kommt die „Waffe“ ins Spiel: Ein Rover oder sogar ein Astronaut könnte mit einem Rohr ausgestattet werden, das das zylindrische Mikrospektrometer in den Boden „schießt“ und dort einbettet, wo es die besten wissenschaftlichen Ergebnisse liefern kann. Ein einzelner Rover oder Astronaut könnte dann genügend davon verteilen, um Daten über ein ganzes Gebiet zu sammeln, beispielsweise über die permanent im Schatten liegenden Regionen eines Mondkraters.
Ein solches System könnte auch von einem Orbiter aus auf Asteroiden oder sogar auf dem Mars eingesetzt werden. Es könnte Telemetriedaten zu einem zentralen Verbindungspunkt verwenden, der möglicherweise ebenfalls vom Astronauten oder Rover getragen wird. Leider kann es zumindest in der aktuellen Version nicht wiederverwendet werden, aber das könnte sich in neuen Designs ändern.
Diese Erfindung, die von der NASA patentiert wurde, könnte auch auf der Erde zum Einsatz kommen, wenn ein Bergbau- oder Erdölunternehmen schnell die geologische Beschaffenheit eines Gebiets untersuchen möchte. Aber auch im Weltraum ist sie nützlich – und zwar so sehr, dass wir eines Tages Astronauten sehen könnten, die etwas, das wie Kugeln aussieht, in Wirklichkeit aber miniaturisierte Sensoren sind, direkt in den Boden schießen.
Weitere Informationen:
Sang H. Choi, Erkundung von Mond, Mars und Asteroiden zur Gewinnung von Weltraumressourcen
Sang H. Choi und Robert R. Moses, Mikrospektrometer zur Ressourcenkartierung in extremen Umgebungen