Im September 2011 wurde die NASA-Mondmission "Gravity Recovery and Interior Laboratory", kurz GRAIL, an Bord einer Delta-II-Rakete auf ihre Bahn zum Mond geschickt. Zur Jahreswende erreichte die aus zwei Sonden bestehende Mission ihr Ziel und verbrachte die letzten drei Monate mit dem Einmanövrieren in eine niedrigere Umlaufbahn. Nun umrunden die beiden GRAIL-Satelliten unseren Trabanten auf einer polaren Umlaufbahn in einer Höhe von durchschnittlich 55 Kilometern. Während der Messungen in den kommenden 84 Tagen werden die NASA-Wissenschaftler die Flugkörper zwischen 16 und 51 Kilometer an den Mond heranfliegen.

GRAIL im Formationsflug um den Mond
© NASA, JPL / Caltech
(Ausschnitt)
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GRAIL besteht aus zwei nahezu identischen Sonden, die in etwa die Größe einer Waschmaschine haben. Mit gut 200 Kilogramm sind sie allerdings deutlich schwerer als letztere. Einen kleinen Teil davon tragen die MoonKAM-Kameras bei, die Schülern Bilder von der Oberfläche des Mondes liefern. Das eigentliche wissenschaftliche Instrument ist ein hochpräzises System zur Abstandsmessung mit Hilfe von Radiowellen. Die Zwillingssonden fliegen auf ihrer Umlaufbahn um den Mond in einem Abstand von 65 bis 225 Kilometern hintereinander her. Durch den kontinuierlichen Austausch von Radiosignalen mit genauen Zeitstempeln kann der gegenseitige Abstand auf wenige Mikrometer, das entspricht dem Durchmesser eines roten Blutkörperchens, genau gemessen werden.

Überfliegt das Satellitenpaar auf seiner Bahn um den Mond Gegenden mit geringfügig stärkerer oder schwächerer Anziehungskraft, so verändert sich der relative Abstand der Sonden zueinander. Die Anziehungskraft kann durch den Überflug sichtbarer Oberflächendetails wie Krater, Bergrücken oder Mondmeere zu- oder abnehmen. Doch bereits seit den ersten unbemannten Mondsonden in den späten 1960er Jahren ist bekannt, dass es auf unserem Trabanten auch unsichtbar unter der Oberfläche versteckte Massenkonzentrationen, die so genannten "Mascons" gibt, über denen die Schwerkraft leicht zunimmt. Auch heute ist noch nicht genau verstanden, was diese Veränderungen der lokalen Gravitation verursacht.

Die Astronomen werden die gesammelten Messdaten kombinieren und daraus die bisher genaueste Karte des Mondschwerefelds errechnen. In der bis zum 29. Mai dauernden Messkampagne wird GRAIL den Mond insgesamt dreimal kartieren. GRAILs gesammelte Messdaten werden die Schwerkraftvariationen des Mondes mit der bisher höchsten Auflösung abbilden und einen neuen Einblick in die versteckte, innere Struktur unseres Trabanten eröffnen. "Der Beginn der wissenschaftlichen Messungen ist Zeitpunkt, an dem das gesamte Team einen kollektiven Seufzer der Erleichterung ausstößt, weil wir endlich das tun können, was wir geplant hatten.", sagte Maria Zuber, Chefwissenschaftlerin der GRAIL-Mission und fügt hinzu: "Es bedeutet aber auch, dass wir jetzt Kaffee aufsetzen, die Ärmel hochkrempeln und uns in die Arbeit stürzen müssen."

Gleichzeitig mit der wissenschaftlichen Messkampagne läuft die Fotografie des Monds mit den MoonKAM-Kameras. Sie können von tausenden Schülern in den USA genutzt werden, um eigene Aufnahmen aus der Mondumlaufbahn zu machen. Die Schüler wählen Zielgebiete auf dem Mond aus, die dann von GRAIL fotografiert werden. Die Schülern werten die erhaltenen Bilder aus und können so erste praktische Erfahrungen mit der Raumfahrt sammeln. Auch die aktuellen Namen der GRAIL-Sonden "Ebb" und "Flow" – also "Ebbe" und "Flut" – wurden von US-Schülern gemeinsam mit der NASA ausgewählt.