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Sylvia Schmitz

• NASAs Stardust Mission ist die erste Mission, die - nach den Apollo Missionen zum Mond - Material von einem extraterrestrischen Körper erfolgreich für die Untersuchung auf der Erde, zurückgebracht hat. Desweiteren konnten erfolgreich Proben von einem Interstellaren Partikelstrom aufgesammelt werden, der das Sonnensystem derzeit passiert. Die Mission erlaubt einen Einblick in die Beschaffenheit der Kometenpartikel, die Rolle von Kometen im Sonnensystem sowie den Eintrag von Staub in die Zodiakalwolke. Desweiteren erlaubt die Analyse der Kometenpartikel den direkten Vergleich zu bereits untersuchten Meteoriten und Interplanetaren Staub Partikeln (IDPs) die auf der Erde bzw. deren Stratosphäre gesammelt wurden. Stardust ist die vierte ”Discovery” Mission und wurde am 7. Februar 1999 gestartet. Während des Fluges zum Kometen 81P/Wild 2 wurde ein interstellarer Partikelstrom beprobt und der Asteroid Annefrank passiert. Nach fünf Jahren kam es zum Zusammentreffen mit dem Kometen 81P/Wild 2 und über fünf Minuten, wurden Proben mit einer Auffangvorrichtung eingesammelt. Es dauerte weitere zwei Jahre bis die Stardust Sonde die Proben erfolgreich zur Erde zurückgebracht hat und zur Untersuchung freigegeben wurden. Interstellare und kometare Partikel wurden mit einer tennisschlägerartigen Auffangvorrichtung eingefangen, die aus einer Vielzahl von Aerogel Zellen aufgebaut ist. Das für die Stardust Mission verwendete Aerogel besteht aus SiO2 dessen dendritische Struktur zu 99,8 % aus Luft (Poren) besteht. Dadurch erscheint es nahezu transparent, was die optische Suche mit Mikroskopen nach den Einschlagsspuren der Körner vereinfacht. Die jeweiligen Partikel wurden auf unterschiedlichen Seiten der Vorrichtung eingefangen, da unterschiedliche Eigenschaften des Aerogels notwendig waren und um sie später voneinander unterscheiden zu können. Die Seite, in der die Kometenpartikel eingefangen wurde, musste Körner mit unterschiedlichen Grössen, Morphologien und niedrigeren Geschwindigkeiten abbremsen, während auf der interstellaren Seite die Körner von wesentlich höheren Geschwindigkeiten abgebremst werden mussten. Die Aerogelzellen haben ein variierendes Dichteprofil: an der Oberfläche ist die Dichte geringer (5 mg/ml) und erhöht sich mit der Tiefe auf 30-50 mg/ml. Dieses Dichteprofil ist notwendig, da beim Einschlag der Körner auf das Auffangmedium ein hoher Druck entsteht, der umso geringer ist, je niedriger die Dichte im Moment des Auftreffens ist. Die Aerogelzellen für die Kometenpartikel haben drei Lagen mit unterschiedlichen Dichten, die Zellen für die interstellaren Körner haben zwei unterschiedliche Dichten (Tsou et al., 2003)....
• Stardust is the first sample return mission that collected cometary matter during the fly by of comet 81P/Wild 2 in January 2004 and returned dust particles ranging from 1 μm to 100 μm in size collected into an ultra-low density silica Aerogel. The comet samples represent non-volatile particulate matter that was at the outer edge of the solar system at the time of its formation. This fly by provided a brief view of a solid body with a surface that shows evidence for processes that occurred in the inner and outer solar system environments. Before the cometary encounter, the Stardust spacecraft also collected samples from an interstellar dust stream crossing the solar system. One of the main goal of the mission is the comparison of known extraterrestrial samples collected on Earth or in Earth’s stratosphere with cometary particles to see which type of samples could be derived from a comet or an asteroid. It is already proposed that cometary particles must be present in the interplanetary dust particles (IDPs) collection but without any direct comparison with freshly collected cometary dust the connection cannot be confirmed. In addition, it is possible that cometary nuclei have features in common with carbonaceous chondrites. By making a comparison of matter returned from comet 81P/Wild 2 by the Stardust mission with well–characterized IDPs and meteoritic samples, the understanding of these materials can be improved. The first chapter of this thesis after the german summary deals with the Stardust mission itself and some missions that explore the solar system and travel even close to the interstellar space. The chapter gives some insights into the Stardust mission, the payloads and its goals. In the second chapter, comets and the cometary origin as well as the dust in the solar system is examined. Furthermore, a closer look on 81P/Wild 2 as a Jupiter family comet is made. The next chapter deals with the experimental techniques that were applied during this work. Synchrotron radiation induced X-ray fluorescence analysis was performed at the European Synchrotron Radiation facility (ESRF) and transmission electron microscopy was performed in–house at the Goethe University. Both techniques are described in detail to allow the understandig of the obtained results. The results are presented in the following chapters in a paper–like format. Three manuscripts have been accepted for publication. One of the presented papers is written by our co–workers. Further TEM results are presented in the last chapter of this thesis, but were not yet published.