JAMSTEC erforscht die Schnittstelle zwischen Tiefsee und Weltraum
Die Materialforschung im Sonnensystem wird von Kernmesstechnologien angetrieben

Am 6. Dezember 2020 (japanischer Standardzeit) landete eine Kapsel der japanischen Asteroidensonde Hayabusa2 in der Woomera-Wüste in Australien. Die Mission brachte erfolgreich unberührtes Material aus dem frühen Sonnensystem zur Erde.

Illustration der Asteroidensonde Hayabusa2 bei einem Swing-by-Manöver an der Erde (© Akihiro Ikeshita)

„Als wir das Gas in der ‚Schatzkiste‘ (Probenkapsel) untersuchten, entdeckten wir seltene Gase, die sich von der Erdatmosphäre unterschieden. Dies bestätigte, dass die Proben vom Asteroiden Ryugu stammten. Als ich die Ryugu-Proben, die nach sechs Jahren zur Erde zurückgekehrt waren, zum ersten Mal sah, war ich so ergriffen, dass ich sprachlos war. Die Proben, die aus einer Entfernung von rund 300 Millionen Kilometern stammten, hatten einen dunklen Glanz und deuteten auf das Vorhandensein reichlich organischer Materialien wie Kohlenstoff und Stickstoff hin. Die Spannung war groß, doch während das gesamte Team entschlossen eine Operation nach der anderen durchführte, war ich zunehmend fasziniert von dieser kostbaren Probe von Ryugu.“

Diese Episode wurde von Yoshinori Takano, Generaldirektor des Instituts für Erd- und Materialwissenschaften, Direktor des Forschungszentrums für Biogeochemie und leitender Wissenschaftler der Japanischen Agentur für Meeres- und Geowissenschaften und -technologie (JAMSTEC) sowie Gastprofessor der Japanischen Agentur für Luft- und Raumfahrtforschung (JAXA), zu Beginn eines Vortrags in Shimadzu vorgestellt. Dr. Takano war seit der ersten wissenschaftlichen Planungsphase vor dem Start am Hayabusa2-Projekt beteiligt und erzielte als Mitglied des Probenentnahme- und des ersten Analyseteams bedeutende Ergebnisse. Derzeit ist er im ersten Analyseteam der NASA-Mission OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security) tätig.

Am 24. März 2026 lud Shimadzu Dr. Takano zu einem internen Hybrid-Vortrag mit dem Titel „Neue Bereiche der gemeinsamen Entwicklung zwischen Materialwissenschaft des Sonnensystems und Kernmesstechnologien“ ein. Wie sind die scheinbar so unterschiedlichen Welten der Tiefsee und des Weltraums (der unermesslichen Weiten des Weltraums jenseits des Mondes) durch extreme Umgebungen und Messtechnologien miteinander verbunden? Und welches Potenzial birgt die Zusammenarbeit mit der Shimadzu Corporation? Der Vortrag bot einen Einblick in diese Verbindungen und Möglichkeiten.

Dr. Yoshinori Takano, leitender Wissenschaftler bei JAMSTEC / Gastprofessor bei JAXA

 

Gemeinsame Entwicklung zwischen JAMSTEC und Shimadzu

JAMSTEC betreibt Forschungsaktivitäten mit Hauptsitz in Yokosuka (Präfektur Kanagawa) und weiteren Standorten in Yokohama, Aomori, Kochi und Okinawa. Als Betreiber des Tiefseebohrschiffs CHIKYU und des Tiefsee-U-Boots SHINKAI 6500 ist JAMSTEC eine zentrale Einrichtung der japanischen Meeresforschung und treibt die Forschung in einem breiten Themenspektrum voran – von den Mechanismen massiver Erdbeben bis hin zu Tiefseelebewesen und Meeresressourcen. In Zusammenarbeit mit der JAXA arbeitet JAMSTEC zudem am Aufbau einer Forschungsinfrastruktur für Material- und Lebenswissenschaften, die Ozean und Weltraum umfasst, einschließlich der Analyse von Proben aus dem Sonnensystem.

Das bemannte Tauchboot SHINKAI 6500, betrieben von JAMSTEC (Bildnachweis: JAMSTEC)

Sowohl die Tiefsee als auch der Weltraum sind lebensfeindliche Umgebungen, die durch extremen Druck (Ultrahochdruck oder Vakuum), extreme Temperaturen, Dunkelheit, eingeschränkte Kommunikationsmöglichkeiten und begrenzte Ressourcen (wie Energie und Logistik) gekennzeichnet sind. Die Herausforderung besteht darin, selbst aus kleinsten Proben oder Signalen verlässliche Informationen zu gewinnen.

Shimadzu hat in Zusammenarbeit mit JAMSTEC ein Demonstrationsexperiment durchgeführt, bei dem ein autonomes Unterwasserfahrzeug (AUV) automatisch Daten von einem Meeresbodenbeobachtungssystem erfasst. Dies war die weltweit erste erfolgreiche Anwendung des sogenannten „Harvesting“-Verfahrens, bei dem ein AUV während seiner Fahrt durch das Wasser automatisch Daten von Meeresbodengeräten sammelt.

Im Rahmen des Experiments wurde ein autonomes Unterwasserfahrzeug (AUV) mit einem Prototyp ausgestattet, dem Nachfolger des optischen Unterwasser-Funkmodems MC100. Dieser Prototyp wurde später als MC500 kommerzialisiert und wird heute zur Datenkommunikation in der Tiefsee eingesetzt, einem für Menschen unzugänglichen Gebiet.

Materialwissenschaft des Sonnensystems und hochpräzise Messtechnik

Aus der Perspektive der Materialwissenschaften des Sonnensystems präsentierte der Vortrag repräsentative wissenschaftliche Ergebnisse der Analyse von Proben des Asteroiden Ryugu sowie von Proben des Asteroiden Bennu, die von der NASA-Sonde OSIRIS-REx zur Erde gebracht wurden. Die Materialwissenschaften des Sonnensystems erforschen Ursprung, Geschichte und Eigenschaften von Wasser, Gestein, organischen Stoffen und deren Wechselwirkungen im Sonnensystem. Ziel ist es, dessen Entstehung zu verstehen und die Entstehung des Lebens durch molekulare Evolution zu ergründen.

Das NASA-Kurationsteam enthüllt die erste Probe, die vom Asteroiden Bennu zur Erde zurückgebracht wurde.
(Bildnachweis: NASA/Robert Markowitz)

Es mehren sich die Hinweise, dass selbst bei Asteroiden aus den äußeren Regionen des Sonnensystems Unterschiede in ihrer späteren Geschichte, insbesondere ihrer Evolutionsgeschichte, sich in ihrer Materialzusammensetzung und der Vielfalt ihrer organischen Moleküle widerspiegeln können. Diese Forschung wird durch Messtechnologien unterstützt, die zerstörungsfreie Prüfverfahren mit Methoden kombinieren, die die Demontage zur detaillierten Untersuchung beinhalten.

Beispielsweise die Beobachtung innerer Strukturen mit Röntgenstrahlen, ohne diese zu beschädigen, und die Analyse von Spurenkomponenten mit einem Massenspektrometer – dieser Ansatz, der aus begrenzten Proben ein Maximum an Informationen gewinnt, entspricht den Kerntechnologien, die Shimadzu in verschiedenen Bereichen entwickelt hat.

Als ein Mitarbeiter fragte: „Was kann unser Unternehmen in Zusammenarbeit mit JAMSTEC tun?“, deutete Dr. Takano auf das Periodensystem und erklärte: „Der Wasserstoff (H), aus dem unsere Körper bestehen, ist ein Element, das beim Urknall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren entstand. Allein diese wissenschaftliche Tatsache ist wahrlich beeindruckend. Edelmetalle wie Gold (Au) und Platin (Pt) entstanden vermutlich durch die Kollision und Verschmelzung mehrerer Neutronensterne“, sagte er und fügte hinzu: „Jedes einzelne Element im Periodensystem hat seine eigene faszinierende Geschichte. Ich hoffe, wir können diese Geschichten gemeinsam entschlüsseln“, schloss er und betonte die Bedeutung der von JAMSTEC vorangetriebenen internationalen Standardisierung von Materialmessmethoden.

Die anwesenden Mitarbeiter wirkten überrascht und begeistert von der Vorstellung, dass die Materialien und Daten, mit denen sie täglich arbeiten, mit der Geschichte des Universums verbunden sind, sowie von den Möglichkeiten für zukünftige Initiativen, die sich dadurch eröffnen.

Kommentare von Teilnehmern

Ogawa von der Application Design Unit des Solutions COE in der Abteilung für analytische und messende Instrumente kommentierte den Vortrag wie folgt:

Der Shimadzu-Vertriebsmitarbeiter, der den Vortrag organisiert hatte, resümierte: „Indem wir den Mitarbeitern die Möglichkeit gaben, die Forschung hautnah mitzuerleben, wollten wir jedem Einzelnen die Gelegenheit geben, darüber nachzudenken, inwieweit die Technologie von Shimadzu einen Beitrag für die Gesellschaft leisten kann.“

Tiefsee und Weltraum – obwohl es sich um Welten von völlig unterschiedlichen Dimensionen und Entfernungen handelt, liegt der Schlüssel zur Entschlüsselung ihrer Geheimnisse in Messtechnologien, die die schwachen Signale und Materialdaten, die in extremen Umgebungen erzeugt werden, in verlässliche Daten umwandeln.

Zukünftig engagiert sich Shimadzu dafür, durch Mess- und Analysetechnologien, die unbekannte Welten erschließen – von der Tiefsee bis zum Weltraum –, einen Beitrag zum Fortschritt von Gesellschaft und Wissenschaft zu leisten, in Zusammenarbeit mit Partnern wie JAMSTEC.