Project

Jupiter and Moons; Planetary Atmospheres; Detection of microbial fossils; Interstellar Gas; Mercury; Moon

Lead
Für viele Fragestellungen zur Untersuchung des Ursprunges und der Entwicklung unserer Planeten und planerer Kleinkörper spielt das Wissen um deren derzeitige chemische Zusammensetzung eine zentrale Rolle. Zusätzlich ist auch die Isotopenverteilung mancher chemischer Elemente von wesentlicher Bedeutung, z.B. als Zeuge für die Entwicklung des Objektes, für die Altersbestimmung eines Objektes oder als Anzeichen eines eventuellen biologischen Ursprungs des untersuchten planetaren Materials. Sowohl Messungen von Bodenmaterial wie auch der Atmosphäre sind notwendig.
Lay summary
Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts  Zur Erforschung der Merkuratmosphäre haben wir ein Massenspektrometer entwickelt, welches auf der Raumsonde BepiColombo/ESA seit 2018 zum Merkur unterwegs ist, und die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre messen wird. Aus diesen Daten werden wir mit Hilfe unseres Atmosphärenmodels die chemische Zusammensetzung des Merkurbodens ermitteln. Merkur, als innerster Planet, und mit einer sehr alten Oberfläche, ist ein wichtiger Informant für die Entstehungsgeschichte der terrestrischen Planeten.   Zur Erforschung von Jupiters Eismonden entwickeln wir ein hochempfindliches Massenspektrometer für die Atmosphären von Europa, Ganymed und Kallisto. Der Start der Raumsonde JUICE/ESA ist für 2022 angesetzt. Diese Monde sind gemeinsam mit Jupiter aus der ursprünglichen protosolaren Gas- und Staubscheibe entstanden, haben sich jedoch chemisch anders entwickelt als Jupiter, was Rückschlüsse auf den Entstehungsprozess dieser Monde und die ursprüngliche Gas- und Staubscheibe erlaubt.  Wir entwickeln kompakte Laserablations Massenspektrometer für den Einsatz auf Raumsonden die für eine Landung auf planetaren Körpern vorgesehen sind. Zwei solche Instrumente bauen wir für die Luna-Resurs und Luna-Glob Mission. Diese Instrumente führen autonom chemische Analysen von Material von der Oberfläche und dem nahen Untergrund durch, sowie die Bestimmung von deren Isotopenverteilung (z.B. Bleiisotope zur Altersbestimmung des Gesteins oder Schwefelisotope für potentielles biologisches Material). Durch die Kombination von Messungen der chemischen Zusammensetzung und ausgewählten Isotopen soll der Nachweis Mikroben in Bodenproben, z.B. auf der Marsoberfläche, ermöglicht werden.  Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts Unsere Arbeit wird neue Informationen über die chemische Zusammensetzung des polaren Mondbodens liefern, dessen flüchtiges Material erfassen (Wasser, Methan, ...) welches im Oberflächengestein enthalten ist und quantifizieren. Durch die Entwicklung von leistungsstarken und sehr kompakten wissenschaftlichen Instrumenten, ist deren Anwendung für die Feldforschung auf der Erde denkbar, wo portable, also sehr kompakte Geräte gefragt sind.

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Last update: 01.04.2019

Active participation

Self-organised

Communication	Title	Media	Place	Year

Title	Year

Number	Title	Start	Funding scheme

The in situ group of the Space Research and Planetology division of the Physikalisches Institut is currently engaged in several major international related space projects. Four space missions are presently in high activity phases in our group, with strong and crucial involvement of PhD students. Moon: To study chemical composition of the soils at the lunar poles, we contribute two instruments to the Luna-Resurs and Luna-Glob missions, a neutral gas mass spectrometer for the study of volatiles and a laser mass spectrometer for the study of solids. During the grant period, NGMS will be integrated with the gas-chromatograph, and late in the grant period the instruments will be integrated on the respective spacecraft. This project also allows us to expand our experimental expertise into the analytical technique of gas-chromatography mass spectrometry, which only very few groups in space science worldwide can do. Mercury: For BepiColombo, the ESA mission to explore Mercury, we completed the flight hardware. Launch was scheduled on 20 October 2018, with arrival at Mercury late 2025. For the coming years we will continue calibrations using the flight-spare instrument of STROFIO and prepare for the science investigations during data phase. To prepare for the science phase, we will improve the Mercury exosphere model, based on published MESSENGER/NASA results on the surface and exosphere composition. This model is also used to assist in the planning of the STROFIO operations in Mercury orbit. Jupiter and its moons: For JUICE, the L-class mission of the European Space Agency (ESA) to explore the Jupiter system, we provide the neutral gas mass spectrometer (NIM) and contribute to the particle consortium (PEP). We will investigate the chemical composition of the icy moons Europa, Ganymede and Callisto. We currently build the flight models of our instrument, and will test them against the physical and environmental conditions expected in the Jupiter environment. Detailed calibrations will prepare us for the measurements near these moons. To support the science phase of JUICE, we run unique laboratory experiments simulating the icy surfaces of these moons and their response to particle radiation in forming their exospheres. Results of these studies feed into our theoretical models of the atmospheres of these moons. The Interstellar Gas: NASA selected the IMAP mission as follow-up to the successful IBEX mission. In a collaboration with Princeton University, NJ, USA, we will contribute hardware to the mission, perform calibration, and will participate in the science phase of IMAP. We already started with research and development for the IMAP instrumentation. In addition, we are still highly active in the science phase of the IBEX mission where we analyse flight data to investigate the local interstellar medium and its interaction with the heliosphere. IBEX continues to produce exciting data and is scheduled to operate to allow an overlap with IMAP in 2025 and beyond. In addition to the present participations we are active in proposing to new missions to assure our later participation. These proposals are toward the medium class missions of ESA, the Discovery and New Frontier mission classes of NASA, and the Chinese space programme. The uncertainty associated with the highly competitive mission selection requires us to be prepared to make rapid decisions on involvement once the space agencies selected a mission. Planning in experimental space science for the mid-term future requires continued work on development of space instrumentation and implementation of new technologies, since instruments for space research are always custom designs for the specific requirements of a mission and the scientific questions to be addressed. Many of our participations in the space missions are based on novel instrumentation, highly specialised laboratory activities and their continuous technical support.