Suche nach Wasser im All anhand diverser Formen von Eis

Ohne Wasser kein Leben im All. Für die Suche im Weltraum haben Forschende jetzt verschiedene Eisformen mit Nahinfrarot-Spektroskopie untersucht.

Wasser ist die Basis allen Lebens. Deshalb suchen Forschungsteams weltweit mit Teleskopen den Weltraum danach ab. Eine neue Messmethode von Innsbrucker Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen könnte jetzt helfen, Spuren von möglichen Wasservorkommen im Weltall aus astronomischen Beobachtungsdaten herauszulesen.

Das Team um Christina M. Tonauer und Thomas Lörting an der Universität Innsbruck hat dafür von verschiedenen Eisformen die jeweiligen Nahinfrarot-Spektren ermittelt. Diese lassen sich mit den Daten, die zum Beispiel das James-Webb-Weltraumteleskop ermittelt hat, gut abgleichen.

Im Labor hat das Team am Institut für Physikalische Chemie neue Eisformen erzeugen können, die auf der Erde so nicht zu finden sind, wohl aber in den Weiten des Weltalls. „Für die Herstellung dieser Eisformen benötigt es sehr tiefe Temperaturen und/oder einen sehr hohen Druck“, erklärt die Chemikerin Tonauer.

20 verschiedene Eisformen sind bereits bekannt

Auf der Erdoberfläche kennt man eigentlich nur sogenanntes hexagonales Eis. Bei dem sind die Sauerstoffatome hexagonal angeordnet, also in Form eines Sechsecks, die Wasserstoffatome hingegen sind zufällig verteilt. In der Forschung aber sind mittlerweile 20 verschiedene Eisformen bekannt. So vermutet die Wissenschaft im Inneren der Eisgiganten Uranus und Neptun oder auf den von kilometerdicken Eisschichten überzogenen Eismonden von Jupiter und Saturn eine Vielzahl unterschiedlicher Eisstrukturen.

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Den Chemiefachleuten in Innsbruck gelang es nun, die Spektren dieser Eisformen im Nahinfrarotbereich zu ermitteln. Es ist derselbe Frequenzbereich, in dem auch das neue James-Webb-Weltraumteleskop misst. Durch den Abgleich der Laborwerte mit den im Weltall gemessenen Daten lassen sich nun Aussagen über die Art und Struktur des Eises im All treffen.

Neue Messmethode entwickelt

„Die große Schwierigkeit war, das Eis für die Dauer der Messung auf –196 °C zu halten, damit es sich nicht umformt“, erzählt Christina M. Tonauer. „Wir mussten eine Methode entwickeln, um die Proben unter Zuhilfenahme von flüssigem Stickstoff in einem für Raumtemperaturen konzipierten Spektrometer messen zu können.“

Das gelang dem Team. Um die Spektren zu erstellen, arbeitete Tonauer eng mit Radiochemikern der Universität zusammen. So fanden sich in den Spektren im Wellenlängenbereich von 1 µm bis 2,5 µm zahlreiche charakteristische Merkmale, anhand derer sich die Dichte und die Porosität des Eises bestimmen lassen. Thomas Lörting: „Unsere Labordaten können als Referenzwerte für die Interpretation von Messungen im All herangezogen werden. So lernen wir vielleicht bald mehr über das Eis und Wasser im All.“