«Allende» aus Mexiko ist unter Beschuss: Mit 1'000 Schuss pro Sekunde jagt ein Laserstrahl auf das fingernagelgrosse Stück Meteorit nieder und verdampft Kleinstmengen von dessen Oberfläche. «Das in seine atomaren Bausteine zerlegte Material wird ionisiert, vom Instrument  abgesaugt und ein Detektor misst schliesslich die Flugzeit des Teilchens von der Probe bis zum Detektor – und damit die Masse dieser Atome», erklärt Maike Neuland von der Abteilung «Weltraumforschung und Planetologie» des Physikalischen Instituts der Uni Bern.

Maike Neuland vor dem Massenspektrometer «LMS»: Sie misst die Zusammensetzung einer Meteoritenprobe. (Bilder: zvg)

Aus den Daten entstehen Massenspektren, anhand derer die elementare und isotopische Zusammensetzung der Meteoritenprobe bestimmt werden kann. Die junge deutsche Physikerin, die an der Uni Bern ihre Doktorarbeit schreibt, ist eine der aktuellen Preisträgerinnen der «Amelia Earhart Fellowships» von «Zonta International, Advancing the Status of Women Worldwide». Der Preis, mit dem Frauen aus der ganzen Welt und in verschiedenen Bereichen der Luft-und Raumfahrt-Branche ausgezeichnet werden, ist mit 10'000 US-Dollar dotiert.

Die trapez-förmige Probe von Meteorit «Allende», der in Mexiko auf die Erde prallte.

Berner Massenspektrometer im Test

Im Rahmen ihrer Meteoriten-Analyse ist Maike Neuland aber weniger an den Bestandteilen der Probe interessiert, denn «Allende», der Steinmeteorit, der 1969 in Mexiko auf die Erde prallte, ist «einer der am besten untersuchten Meteoriten überhaupt». Fokus ihrer Untersuchung ist vielmehr, zu testen, ob das Massenspektrometer LMS («Laser Mass Spectrometer») die bekannten Daten bestätigt. Ziel ist es, die Messgenauigkeit, Präzision und Funktionstüchtigkeit des LMS zu zeigen, das die Berner Weltraumforschenden unter Peter Wurz entwickelt und gebaut haben – die 16 Zentimeter kleine Apparatur soll nämlich irgendwann auf einer Weltraummission mitfliegen und die chemische Zusammensetzung von verschiedensten Gesteinsproben von Himmelskörpern an Ort und Stelle untersuchen.

«Natürlich würde für eine Mission ein neues Spektrometer nach unserem Vorbild gebaut – denn für eine Reise ins All auf einem Lander oder Rover müssen die Instrumente möglichst klein und leicht gebaut sein sowie wenig Energie verbrauchen», erklärt die 28-jährige Diplom-Physikerin, die nach dem Studium gleich noch den «Joint European  Master in Space Sciene and Technology» absolviert hat.

Mal im Schutzanzug, mal vor dem Computer

Während das Probematerial für Gesteinsanalysen bei anderen Methoden der Element-Analyse gleich grammweise im Mörser landet, braucht die Weltraumwissenschaftlerin heute nur minimste Mengen an Material, um dessen chemische Zusammensetzung zu bestimmen: Pro Messung werden wenige Femto- bis Picogramm (0,000000000000001 bis 0,00000000001 Gramm) der Probe mit Hilfe des Lasers verdampft. Für ihre Dissertation wird Maike Neuland eine weitere Messung mit rund 6000 Messpunkten auf der ein Zentimeter grossen Allende-Probe durchführen. Die Messkampagne dauert rund 100 Stunden, was für die Forscherin noch einige Tage im Schutzanzug im Clean-Raum des Exwi bedeutet, wo das LMS in einer Vakuum-Kammer steht. Das LMS steht in einem Reinraum, um  empfindliches Labor-Material wie Optiken und Filter staubfrei zu halten. «Ausserdem soll natürlich gerade extraterrestrisches Material wie die Meteoritenprobe nicht mit irdischen Atomen kontaminiert werden», so Neuland.

Anschliessend an die Messungen im Untergeschoss steht für die Wissenschaftlerin die Auswertung am Rechner an. «Die Mischung aus Arbeit im Labor und am Computer gefällt mir sehr gut», sagt Maike Neuland. Ihre Zukunft sieht sie auf jeden Fall im «Weltraumbusiness» – und die des LMS aus der Berner Forschung hoffentlich irgendwann auf einer Mission.