Im KlarText! geschrieben: Astronomie unter dem Meer

Bild 3: Spaß im Chemielabor am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Hier löse ich gerade meine Proben auf. Ich geb’s zu, dabei habe ich ein bißchen CO2 produziert. Aber es war wirklich nicht viel, ein Mensch produziert in zwei Minuten mehr durch reines Atmen!

Jenny Feige hat sich für den Klaus Tschira Preis für verständliche Wissenschaft, kurz: KlarText! beworben – und gewonnen. Mit einem kurzen Artikel über ihr Dissertationsthema, der Tiefseeastronomie, konnte sie die Jury überzeugen. Wie hat sie das geschafft?

Gegen Ende des letzten Jahres bekam ich einen Zeitungsartikel in die Hand gedrückt: Die Ausschreibung des Klaus Tschira Preises für verständliche Wissenschaft. In möglichst verständlicher Weise soll der Inhalt der Dissertation im KlarText! vermittelt werden. Einsendeschluss: Februar 2015. Und es gibt 5.000 Euro zu gewinnen! Prima, dachte ich, dann bewerbe ich mich doch einfach mal.

Doch wie schreibe ich nun einen möglichst allgemeinverständlichen und zugleich noch unterhaltsamen Text in maximal 9.000 Zeichen (ohne Leerzeichen!) über meine Doktorarbeit, die mehr als 100 Seiten umfasst? Das sind nicht einmal 3 Seiten in der vorgegebenen Formatierung! Mal überlegen:

  • Was ist die Kernaussage meiner Doktorarbeit?
  • Was ist das Ergebnis?
  • Was lernt die Person, wenn sie meinen Text liest und
  • Wie kann ich sie dazu motivieren mein Thema spannend zu finden?
  • Was fasziniert mich denn eigentlich an meiner eigenen Arbeit?

Faszination Tiefseeastronomie

Die Astronomie interessierte mich schon lange und weil ich mein Hobby zum Beruf machen wollte, habe ich das Fach an der Universitätssternwarte Wien studiert. Von der Tiefseeastronomie hörte ich aber erst, als ich begann meine Diplomarbeit zu schreiben. Ich entschied mich für ein Thema über ein mysteriöses 60Fe-Signal in einer Tiefseemangankruste. Laut meinem damaligen Betreuer Prof. Dieter Breitschwerdt sollte es angeblich von mehreren Supernovaexplosionen, die die Lokale Blase erzeugten, stammen und ich sollte das in meiner Diplomarbeit beweisen. Na gut. Was ist denn überhaupt 60Fe? Und was ist eine Tiefseemangankruste? Lokale Blase? Schräg.

Diese Fragen lassen sich zum Glück klären. 60Fe (ausgesprochen: Eisen sechzig) kann man auch als schweres Eisen bezeichnen – als wäre Eisen nicht schon schwer genug. Dieses 60Fe besitzt mehr Neutronen (neben Protonen die Bausteine eines Atomkerns) als herkömmliches Eisen und ist außerdem noch instabil. Das bedeutet, nach einer Halbwertzeit von 2,6 Millionen Jahren zerfällt es; man nennt es ein langlebiges Radionuklid. Trotzdem ist die Halbwertzeit im Vergleich zum Erdalter (4,5 Milliarden Jahre) sehr kurz, und da es auf der Erde nicht gebildet wird, sollte 60Fe hier nirgends zu finden sein. Aber es wurde trotzdem 2004 in einer irdischen Tiefseemangankruste von einem Team der TU München entdeckt. Es musste sich also um außerirdisches 60Fe handeln!

Tiefseemangankrusten wachsen in den Tiefen der Ozeane, einige Kilometer unter dem Meeresspiegel. So langsam, dass sich in einer Million Jahre nur eine winzige Schicht von wenigen Millimetern Dicke bildet. Die Krusten bestehen hauptsächlich aus Mangan und Eisen. Auch das außerirdische 60Fe wurde im Wachstumsprozess mit eingebaut und gespeichert. Es konnte sogar zeitlich zugeordnet werden: Die Schicht, in der sich das 60Fe Signal befand, war 2 bis 3 Millionen Jahre alt. Zu der Zeit wanderten ja schon die ersten Hominiden auf der Erde herum!

Wie kommt das extraterrestrische 60Fe nun in die Kruste? Hier kommt die Lokale Blase ins Spiel. Eine Superblase, in der wir alle wohnen! Sie entstand vor etwa 14 Millionen Jahren; zu diesem Zeitpunkt begann eine Reihe von Sternen in der Nähe unseres Sonnensystems zu explodieren. In solchen Supernovae wird 60Fe gebildet und mit den ganzen Überresten des zerrissenen Sterns in alle Richtungen des Weltalls geschleudert. Die Explosionen waren so nahe, dass die 60Fe-haltigen Überreste sterbender Sterne immer wieder über die Erde hinwegfegten. Vor einer halben Million Jahren ereignete sich die letzte der circa 15 Explosionen, welche die uns umgebende Materie aus Staub und Gas (denn der Raum zwischen den Sternen unserer Milchstraße ist nicht leer) verdrängten. Somit entstand ein gigantischer Hohlraum, der unser Sonnensystem umgibt: unsere persönliche Lokale Blase. Die ist übrigens im Vergleich zu unserer Milchstraße immer noch klein geraten. Während unsere Milchstraße einen Durchmesser von 100 000 Lichtjahren hat, schafft unsere Superblase gerade mal 300 bis 600 Lichtjahre. Niedlich.

Die Tiefseemangankruste 237KD aus 4830 m Tiefe des pazifischen Ozeans. In einer Schicht von 6-8 mm unter der Oberfläche der Kruste (entspricht einem Zeitbereich von etwa 2-3 Millionen Jahren) wurden hier Spuren naher Sternexplosionen nachgewiesen (Foto: Thomas Faestermann).

Die Tiefseemangankruste 237KD aus 4830 m Tiefe des pazifischen Ozeans. In einer Schicht von 6-8 mm unter der Oberfläche der Kruste (entspricht einem Zeitbereich von etwa 2-3 Millionen Jahren) wurden hier Spuren naher Sternexplosionen nachgewiesen (Foto: Thomas Faestermann).

In meiner Diplomarbeit konnte ich dann tatsächlich nachweisen, dass das 60Fe-Signal in der Kruste von den gleichen Sternen stammt, die unsere Lokale Blase erzeugt haben. Vor 2 bis 3 Millionen Jahren explodierten die Sterne, die der Erde am nächsten kamen und brachten das meiste 60Fe zur Erde. Wir erfahren somit nicht nur etwas über die Vergangenheit der Erde, sondern auch über die Geschichte der solaren Nachbarschaft. Das Faszinierendste für mich aber war: Man braucht gar nicht ins Weltall zu schauen, sondern kann auf der Erde selbst nach Spuren kosmischer Explosionen suchen. Und das auch noch in der Tiefsee, die normalerweise eher für wunderliche Fische bekannt ist!

Ich wollte auch mal sowas machen

Also spazierte ich von der Universitätsternwarte die Währingerstraße hinab zur Isotopenforschung und Kernphysik an der Fakultät für Physik und schrieb dort meine Doktorarbeit. Hier hatte ich nämlich die Möglichkeit, unter der Betreuung von Dr. Anton Wallner und Prof. Robin Golser selbst nach außerirdischen Spuren zu suchen.

Dafür erhielt ich Material von Tiefseesedimenten aus dem Indischen Ozean. Aus vier verschiedenen Bohrkernen, hauptsächlich aus einem Zeitbereich von 1,7 bis 3,2 Millionen Jahren, standen mir Proben zur Verfügung: Knapp 100 Stück, jede etwa so groß wie eine 2-Euro-Münze. Der Vorteil der Sedimente, die aus 4200 Metern unter dem Meeresspiegel stammten, ist ihr tausendfach schnelleres Wachstum im Vergleich zur pazifischen Kruste. Wenn es uns gelingt, das 60Fe-Signal auch darin nachzuweisen, dann bekommen wir nicht nur eine bessere Auflösung, sondern auch die Bestätigung, dass die außerirdischen Spuren echt und noch dazu auf der gesamten Erde verteilt sind.

Bild 2: Die Tiefseesedimente aus dem Indischen Ozean sind etwa 1000 km südwestlich von Australien geborgen worden. Das Forschungsschiff Eltanin (oben links, www.navsource.org), das den Bohrkernen auch ihre klingenden Namen gab (E steht für den Schiffsnamen, gefolgt von Cruise- und Bohrkernnummer), holte das Material schon Anfang der 70er Jahre aus dem Meer. Oben rechts ist eine der 2-Euro-münzgroßen Proben dargestellt.

Tiefseesedimente aus dem Indischen Ozean sind etwa 1.000 km südwestlich von Australien geborgen worden. Das Forschungsschiff Eltanin (oben links, www.navsource.org), das den Bohrkernen auch ihre klingenden Namen gab (E steht für den Schiffsnamen, gefolgt von Cruise- und Bohrkernnummer), holte das Material schon Anfang der 70er Jahre aus dem Meer. Oben rechts ist eine der 2-Euro-münzgroßen Proben dargestellt.

 

Zusätzlich zu 60Fe untersuchte ich auch noch andere langlebige Radionuklide in den Sedimenten, nämlich 26Al und 10Be. Beide werden gebildet, wenn kosmische Strahlung Atome der Erdatmosphäre zertrümmert. Ja, das passiert und zwar ständig, und auch diese zwei Radionuklide gelangen in die Tiefseesedimente. Aufgrund ihres radioaktiven Zerfalls habe ich 26Al und 10Be zur Datierung verwendet, um das 60Fe-Signal zeitlich genau einordnen zu können. Um Spuren von 60Fe, 26Al und 10Be (alle sind im Vergleich zu ihren stabilen Partnern extrem selten) nachweisen zu können, müssen die Proben erst einmal chemisch aufbereitet werden. Ein halbes Jahr lang stellte ich mich in das Chemielabor des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf und köchelte unter Anleitung von Dr. Silke Merchel Aluminium, Beryllium und Eisen aus meinen Sedimentproben heraus.

Spaß im Chemielabor am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Hier löse ich gerade meine Proben auf. Ich geb’s zu, dabei habe ich ein bisschen CO2 produziert. Aber es war wirklich nicht viel, ein Mensch produziert in zwei Minuten mehr durch reines Atmen!

Spaß im Chemielabor am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Hier löse ich gerade meine Proben auf. Ich geb’s zu, dabei habe ich ein bisschen CO2 produziert. Aber es war wirklich nicht viel, ein Mensch produziert in zwei Minuten mehr durch reines Atmen, als von einer Probe freigesetzt wird.

Anschließend haben wir Atome gezählt. Das funktioniert mit der Beschleunigermassenspektrometrie, mit der wir herausfinden können, wieviele 10Be-, 26Al- bzw. 60Fe-Atome in so einer Probe enthalten sind. Neben dem VERA Labor der Universität Wien wurden auch der DREAMS-Beschleuniger am HZDR (Dresden) und die HIAF-Anlage der Australian National University in Canberra zur Messung der Proben eingesetzt.

Die Beschleunigeranlage VERA (Vienna Environmental Research Accelerator) der Isotopenforschung und Kernphysik (Fakultät für Physik) der Universität Wien. Hier wurden die Radionuklide 10Be und 26Al gemessen, die der Datierung der Sedimentproben dienten.

Es gab Grund zum Feiern: In den Proben aus dem Zeitbereich von 1,7 bis 3,2 Millionen Jahren waren tatsächlich 60Fe-Atome enthalten. Hochgerechnet auf den gesamten Zeitbereich ergibt das einige Kilogramm, die damals die Erde erreichten. Vergleichsproben von der Oberfläche der Sedimente bzw. ältere Proben enthielten hingegen kein 60Fe. Wir haben es also mit einem zeitlich begrenzten Ereignis zu tun, und die Breite dieses Signals von 1,5 Millionen Jahren unterstützt die Theorie, dass mehrere Sternexplosionen an der Erzeugung des Signals beteiligt waren.

Die Geschichte von Lucy

A. afarensis reconstruction Quelle: wikimedia

A. afarensis reconstruction
Quelle: wikimedia

Zurück zum Klaus Tschira Preis! Wie schreibe ich nun einen Artikel mit Gewinnchancen? Die Story über die Tiefseeastronomie ist an sich schon nicht schlecht, aber das Thema sollte noch irgendwie verpackt werden. Etwas, womit sich jeder identifizieren kann oder das jeder kennt. Ich habe dafür Lucy gewählt, eine Australopithecus Afarensis, die vor 3,2 Millionen Jahren lebte. Lucy ist fast jedermann bekannt und sie war vielleicht Zeuge einer der Sternexplosionen. Wenn sie Glück hatte, konnte sie die Supernova sogar am Taghimmel beobachten.

Um dieses Thema webt sich meine Geschichte. Ganz wichtig ist der rote Faden, der sich von vorn bis hinten durchzieht.

  • Dabei sollten Fachwörter möglichst vermieden oder aber gut erklärt werden.
  • Bildhafte Darstellungen oder Vergleiche, die ein komplexes Thema auf ein bekanntes Phänomen zurückführen, eignen sich dafür natürlich auch immer gut. Ich verwende zum Beispiel gern eine Luftblase im Wasser als Vergleich zur Lokalen Blase. Die Luftblase hat innen eine viel geringere Dichte und kann als Hohlraum im umgebenden Wasser betrachtet werden.
  • Und, nicht vergessen: Schon der Titel des Artikel sollte Neugier aufs Weiterlesen wecken!

Mir hätten all diese Tipps jedoch nicht geholfen, wenn ich nicht auch fachunkundige Freunde gehabt hätte. Selbstlos erklärten sie sich bereit meinen Text zu lesen, bevor ich ihn abschickte. Aufgrund ihrer Kritik konnte ich Missverständnisse ausräumen, langes Geschwafel kürzen und Textpassagen prägnanter formulieren (den vorliegenden Text haben sie übrigens nicht gelesen). Erst durch ihren Input hat mein Artikel wirklich an Stärke gewonnen. Das wochenlange Arbeiten an dem Kurztext hat sich ausgezahlt, und ich habe den Klaus Tschira Preis für verständliche Wissenschaft gewonnen.

Da halte ich endlich meinen Preis in den Händen. Es gab eine Urkunde, eine Stele, eine Rose und, das Wichtigste, das Preisgeld! Nur, wie trägt man das alles nach Hause? Foto: Andrea Gliesche.

Da halte ich endlich meinen Preis in den Händen. Es gab eine Urkunde, eine Stele, eine Rose und, das Wichtigste, das Preisgeld! Nur, wie trägt man das alles nach Hause? Foto: Andrea Gliesche.

Mit mir haben sechs andere Leute aus fünf unterschiedlichen Fachrichtungen den Preis erhalten. Wir durften alle einen Ausflug nach Heidelberg zur Preisverleihung machen. Am Vortag gab es zudem noch einen kurzen Workshop zum Thema Präsentationen und zweimal ein mehrgängiges Menü. Lecker!

Bewerben lohnt sich!

Ich hoffe, es ist mir gelungen LeserInnen zu motivieren, nicht nur dazu mein Thema spannend zu finden, sondern vielleicht auch dazu selbst den Stift (oder heutzutage eher den Laptop) in die Hand zu nehmen und einen Artikel zu schreiben. Bewerben kann sich jeder, der 2015 in einem naturwissenschaftlichen Fachgebiet, der Mathematik oder Informatik promovierte. Einsendeschluss ist dieses Mal der 29. Februar 2016. Die Gewinnerartikel werden in einer Sonderpublikation der bild der wissenschaft veröffentlicht. Wer mehr Infos haben möchte, schaut einfach mal auf der Internetseite des Klaus Tschira Preises vorbei. Dort gibt es übrigens auch meinen Artikel zum Nachlesen.

Wenn es nicht klappen sollte, nicht verzagen! Auch dann bekommt man die Möglichkeit, an einem zweitägigen Workshop zur Wissenschaftskommunikation teilzunehmen und einen Rundgang durch das schöne Heidelberg zu machen. Also: Mitmachen lohnt sich auf jeden Fall!

Kontakt: feige@astro.physik.tu-berlin.de

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