Extraterrestrial and terrestrial outdoor applications of Mössbauer spectroscopy
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„Extraterrestrische und terrestrische Anwendungen eines miniaturisierten
Mössbauer-Spektrometers“
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Anwendungen eines miniaturisierten Mössbauer-
Spektrometers (MIMOS II), dessen Entwicklung in den frühen neunziger Jahren am Institut
für Kernphysik der Technischen Universität Darmstadt unter Professor Egbert Kankeleit
und seinen Mitarbeitern begann. Seit 1998 sind die Entwicklungsarbeiten im Arbeitskreis von
Prof. Gütlich am Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Johannes Gutenberg-
Universität Mainz von Dr. Göstar Klingelhöfer und Mitarbeitern fortgesetzt worden.
Vorrangiges Ziel war dabei der geplante
Einsatz des Spektrometers zu mineralogischen Untersuchungen
im Weltall. Entsprechend ist das Projekt mit erheblichen finanziellen Mitteln
des Forschungsinstituts der Deutschen Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn unterstützt worden.
Bei den beiden Missionen, die im Jahre 2003 von der NASA zum Mars gesandt wurden und
im Januar dieses Jahres die beiden „Mars Exploration Rover“ (MER) "Spirit" und "Opportunity"
erfolgreich auf der Marsoberfläche abgesetzt haben, ist jeweils ein MIMOS II-Gerät zur
Charakterisierung eisenhaltiger Minerale und Böden während der laufenden Mission im Einsatz.
Einige Ergebnisse von MIMOS II an Gestein und Böden der Marsoberfläche werden
in der vorliegenden Arbeit präsentiert und diskutiert. Diese Ergebnisse wurden vom
MIMOS II-Consortium unter Führung von Dr. Göstar Klingelhöfer, mit Unterstützung des
Ingenieurs- und Wissenschaftsteams von MER am Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien,
erlangt.
Erste Spektren, die von Proben im Gusev-Krater (
Landestelle von „Spirit“) aufgenommen
wurden und in dieser Arbeit vorgestellt werden, weisen auf das Vorkommen von forsteritischem
Olivin, Pyroxen, Magnetit hin; daneben zeigt sich ein von Eisen(III) herrührendes
Quadrupoldublett, das (noch) nicht eindeutig zugeordnet werden konnte. Aus den gewonnenen
Daten wurde geschlossen, dass physikalische Verwitterung der vorherrschende Veränderungsprozess
in den Ebenen des Gusev-Kraters ist.
Um die Fähigkeiten von MIMOS II in der Charakteriserung extraterrestrischen Materials vor
dem Start zum Mars zu demonstrieren, wurde eine Auswahl von chondritischen, Eisenund
Marsmeteoriten gemessen. Ein Datenanalysepaket, basierend auf künstlichen neuronalen
Netzwerken, genetischen Algorithmen und "fuzzy" Logik, wurde erstellt, erfolgreich
getestet und während der Echtzeit-Operation der MER benutzt. Eine Datenbasis von
Mössbauer-Parametern und Referenzen von veröffentlichten Studien über den Temperaturbereich
des Mars wurde zusammengestellt.
Die Werkzeuge zur Datenanalyse eröffnen neue
Einsatzmöglichkeiten des miniaturisierten Mössbauer-Spektrometers in vielen Bereichen
ausserhalb des Physikllabors. Einige davon werden in dieser Arbeit vorgestellt, wie z.B.die
Pigmentcharakterisierung, die Echtheit archäologischer Artefakte oder in-situ Luftverschmutzungsmessungen.
Datum: 20.07.2004
1. Betreuer: Professor Dr. P. Gütlich
Paulo A. de Souza Jr.
GAFEP/GETEP
Departamento de Pelotização - DIPE
Companhia Vale do Rio Doce - CVRD
Tel.: (27) 3333-4609 - Carrier (835)