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Planetologie: Neue Hoffnung auf Mondeis

Messungen aus der Umlaufbahn des Monds sprechen erneut für Wassereis in den ewig dunklen Kratern seiner Pole. Ein erster direkter Nachweis könnte bald folgen.
LRO liefert neue Daten vom MondsüdpolLaden...
Eine dauerhafte Basis auf dem Mond steht bei zahlreichen Nationen auf der Agenda für das kommende Jahrhundert. Voraussetzung dafür wäre jedoch, dort vor Ort Wasser gewinnen zu können. Eine neue Generation von Satelliten und Einschlagsonden liefert in diesen Tagen erste Ergebnisse bei der Suche nach dem lebenswichtigen Molekül.

LRO liefert neue Daten vom MondsüdpolLaden...
LRO liefert neue Daten vom Mondsüdpol | Der Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA ist seit Anfang September 2009 voll in Betrieb. Jeder seiner Umläufe führt ihn über beide Mondpole, so dass er besonders viele Daten dieser interessanten Regionen sammeln kann. Mit sieben Instrumenten sucht er dort in erster Linie nach Wassereis.
Die vergangenen zehn Jahre Mondforschung waren diesbezüglich ein ständiges Wechselbad der Gefühle. Die Raumsonde Lunar Prospector zeigte im Jahr 1999 Spuren von Wasserstoff – und damit vermutlich Wasser – dicht unter der Oberfläche. Chemiker fanden 2008 Wasser in vulkanischen Glaspartikeln der Apollo-Bodenproben und bewiesen so, dass der Mond bei seiner Entstehung noch Feuchtigkeit besaß. Auf der anderen Seite zeigen keine der Mondproben freie Spuren des Moleküls, und auch als Lunar Prospector am Ende seiner Mission dort aufschlug, wirbelte er nichts dergleichen auf. Zuletzt sprachen auch Radarmessungen von der Erde und vom japanischen Orbiter Kaguya gegen Eis auf dem Erdbegleiter.

Die extreme Trockenheit des Nachtgestirns erklären Forscher mit dem Zusammenprall zweier Jungplaneten, bei dem sich nach der gängigen Theorie einst Erde und Mond bildeten. Mit seiner geringen Schwerkraft konnte der neue Trabant demnach das bei der Kollision verdampfte Wasser nicht halten und verlor es in den Weltraum.

Eishaltige Kometen dürften allerdings bis heute wieder mehr als zehn Milliarden Kubikmeter neues Wasser auf den Mond gebracht haben. Doch bezweifelten Forscher lange Zeit, ob er es auch speichern kann, denn in seiner fast nicht vorhandenen Atmosphäre ist Wasser nur unter minus 155 Grad Celsius fest. Da selbst die Nachtseite des Monds diese niedrige Temperatur selten erreicht, sollte alles Eis langsam zu Gas werden und ins All entschwinden.

Frost in ewiger Dunkelheit

Ewige Schatten am MondsüdpolLaden...
Ewige Schatten am Mondsüdpol | An den Polen des Monds trifft das Sonnenlicht so schräg auf die Oberfläche, dass es den Boden tieferer Krater nie erreicht (im Bild grün markiert).
An einigen versteckten Orten des Monds ist es jedoch kalt genug, damit Wassereis dauerhaft bestehen könnte. Der im Juni 2009 gestartete Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA bewies kürzlich mit seiner Infrarotkamera, dass in einigen tiefen Kratern des Mondsüdpols stabile Temperaturen von minus 240 Grad herrschen. Schon seit den 1960er Jahren galten diese Orte, an die niemals Sonnenlicht gelangt, als beste Kandidaten für Eisfunde.

Wie bei Lunar Prospector sucht an Bord des LRO erneut ein Neutronen-Spektrometer nach Wasserstoff im Mondboden. Da Neutronen aus dem Sonnenwind bei Zusammenstößen mit leichten Wasserstoffatomen nachweisbar an Energie verlieren, lassen sich größere Eisvorkommen aus der Ferne aufspüren. So sagte bereits die Sonde Mars Odyssey im Jahr 2002 mit dieser Methode Wassereis in einer Region des Roten Planeten voraus, wo der Lander Phoenix es 2008 tatsächlich fand.

Neutronenenergien vom MondsüdpolLaden...
Neutronen vom Mondsüdpol | Mit einer Geländeauflösung von 30 Kilometern pro Bildpunkt kann der Lunar Reconnaissance Orbiter dreimal präziser nach Wasserstoff auf dem Mond suchen als seine Vorgänger.
Einige Krater des Mondsüdpols scheinen wasserstoffreiche Verbindungen zu enthalten, die einfallende Neutronen des Sonnenwinds abbremsen (dunkle Flecken). Vergleichbare Messwerte finden sich jedoch auch außerhalb dieser Senken, die Daten sind damit uneindeutig.
Manche der kalten Mondkrater zeigen wasserstoffreiche Zonen, die im Radar zudem besonders dicht erscheinen und daher Eisflächen sein könnten. Allerdings weisen andere Kältesenken diese nicht auf. Weiterhin scheint widersprüchlich, dass sich auch außerhalb von Kratern Gebiete mit reichlich Wasserstoff finden. LRO-Wissenschaftler Richard Vondrak erklärt dies mit Einschlägen, die dort erst kürzlich Eis unter die Oberfläche gebracht haben könnten.

Wasser aus Sonnenwind

Nicht nur Einschläge bringen stetig neues Wasser auf den Mond, sondern der Himmelskörper könnte es zudem fortwährend selbst erzeugen. Dafür sprechen Daten des indischen Mondorbiters Chandrayaan-1, der 2008 startete. Carle M. Pieters von der Brown University in Providence wertete mit ihrem Team die Ergebnisse des Infrarot-Spektrometers des Fluggeräts aus [1], während gleichzeitig zwei weitere Forschergruppen dasselbe mit Daten der älteren Sonden Deep Impact und Cassini taten [2,3].

Alle drei Missionen zeigten Hinweise auf Verbindungen von Wasserstoff und Sauerstoff in der Tagregion der Mondoberfläche. Sie entstehen nach Ansicht der Wissenschaftler, wenn ionisierter Wasserstoff des Sonnenwinds mit sauerstoffhaltigen Mineralen der Mondoberfläche reagiert. Obwohl die entstehenden Moleküle in dieser Umgebung sehr instabil sind, sei es denkbar, dass sie teilweise in den extrem kalten polaren Kratern zu Wassereis kristallisieren.

Nachweis im Sturzflug

LCROSS mit Centaur-OberstufeLaden...
LCROSS mit Centaur-Oberstufe | Der Einschlag der zwölf Meter langen und fast zweieinhalb Tonnen schweren Centaur-Oberstufe wird von der Erde aus mit Teleskopen ab einem Durchmesser von etwa zehn Zentimetern zu erkennen sein. Der entstehende Krater wird etwa 20 Meter Durchmesser und vier Meter Tiefe aufweisen. Vier Minuten später stürzt auch die knapp 600 Kilogramm schwere LCROSS-Sonde mit einer Geschwindigkeit von 2,5 Kilometern pro Sekunde auf die Oberfläche des Mondes.
Am 9. Oktober 2009 wird die NASA-Sonde LCROSS gezielt in einen der südlichen Krater stürzen, die der LRO als mögliche Eislagerstätten ausgemacht hat. Ihre ausgebrannte Raketenstufe fliegt ihr dabei vier Minuten voraus und erzeugt bei ihrem Einschlag eine Staubwolke, welche die Sonde durchfliegt. Läuft alles gut, soll das Gerät kurz vor dem Zerschellen noch Daten über die Zusammensetzung des Staubs zur Erde senden.

Die Ergebnisse dieser Mission werden auf die eine oder andere Art große Auswirkungen auf die kommenden Mondprojekte haben. Findet LCROSS Wasser, werden einige Nationen sicherlich ihre geplanten Missionen ändern, um Genaueres zu erfahren. Sind jedoch auch die polaren Krater trocken, hätte das Interesse am Begleiter der Erde womöglich ein Ende – einschließlich des Plans einer dauerhaften Besiedlung.
39. KW 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 39. KW 2009

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  • Quellen
[1] Pieters, C. M. et al.: Character and Spatial Distribution of OH/H2O on the Surface of the Moon Seen by M³ on Chandrayaan-1. In: Science 10.1126/science.1178658, 2009.
[2] Clark, R. N.: Detection of Adsorbed Water and Hydroxyl on the Moon. In: Science 10.1126/science.1178105, 2009.
[3] Sunshine, J. M. et al.: Temporal and Spatial Variability of Lunar Hydration as Observed by the Deep Impact Spacecraft. In: Science 10.1126/science.1179788, 2009.

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