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Der Mondstaub ist nicht so staubtrocken wie gedacht

Astronomen gehen davon aus, dass sich in tiefen schattigen Mondkratern Eis verbirgt. Das scheint allerdings nicht der einzige Ort zu sein, wo zukünftige Siedler Wasser finden könnten.

Die Illustration zeigt das Sofia-Observatorium, mit dem Forscher Wasser im Mondstaub nachgewiesen haben.

Die Illustration zeigt das Sofia-Observatorium, mit dem Forscher Wasser im Mondstaub nachgewiesen haben.

Nasa

Viele Weltraumnationen zieht es zurück zum Mond. Anders als in den 1960er Jahren soll es diesmal allerdings nicht bei einer Stippvisite bleiben. Man plant den Bau von Mondstationen, in denen Astronauten für längere Zeit leben können. Als Landeplatz wird der Südpol favorisiert. Denn hier gibt es tiefe Krater wie den Shackleton-Krater, in denen man Wassereis vermutet. Aus dem Eis liessen sich Trinkwasser und Sauerstoff gewinnen, was eine Besiedelung des Mondes erheblich vereinfachen würde. Möglicherweise müssen zukünftige Siedler aber gar nicht so tief graben. Zwei Publikationen in der Fachzeitschrift «Nature Astronomy» deuten nun darauf hin, dass Wasser auf der Mondoberfläche weiter verbreitet sein könnte als bisher gedacht.

Zwei Moleküle, eine Signatur

Lange Zeit galt der Mond als staubtrocken. Zwar sinken die Temperaturen in der Nacht weit unter den Gefrierpunkt. Tagsüber wird es jedoch so warm, dass jegliches Eis sublimiert. Umso überraschender war es, als drei Arbeitsgruppen im Jahr 2009 unabhängig voneinander feststellten, dass in lunaren Mineralien Wasser- und/oder Hydroxyl-Moleküle (OH-Moleküle) gebunden sind. Die spektroskopischen Untersuchungen wurden bei einer Wellenlänge von 3 Mikrometern durchgeführt. Da sowohl H2O- als auch HO-Moleküle Licht dieser Wellenlänge absorbieren, liess sich die Existenz von gebundenem Wasser damals nicht zweifelsfrei nachweisen.

Um Klarheit zu schaffen, hat eine Arbeitsgruppe um Casey Honniball vom Goddard Space Flight Center der Nasa den Mond nun bei einer Wellenlänge von 6 Mikrometern untersucht. Diese wird nur von Wassermolekülen absorbiert. Dazu verwendeten die Forscher das fliegende Infrarot-Observatorium Sofia, das sich an Bord einer Boeing 747 befindet. Das gemessene Signal bestätigt, dass in den obersten Bodenschichten Wasser gebunden ist, und zwar vor allem in hohen Breiten der südlichen Hemisphäre. Die Stärke des Signals lässt hier auf eine Konzentration von 100 bis 400 Teilen pro Million schliessen. Damit ist der Mondstaub aber immer noch viel trockener als der Sand der Sahara, der 100 mal so viel Feuchtigkeit enthält. Noch viel trockener ist es in den äquatorialen Gegenden des Mondes.

Woher das Wasser kommt, ist noch unklar. Es könnte durch Einschläge von wasserhaltigen Mikrometeoriten auf die Mondoberfläche gelangt sein. Vorstellbar ist nach Ansicht der Forscher aber auch, dass Hydroxyl-Verbindungen durch das Bombardement mit Mikrometeoriten in wasserhaltige Verbindungen umgewandelt werden.

Erklärungsbedürftig ist auch, warum die feuchten Bodenschichten mit der Zeit nicht austrocknen. Die Gruppe von Honniball vermutet, dass die Wassermoleküle in winzigen Glaskügelchen eingeschlossen sind, die beim Aufprall von Mikrometeoriten entstehen. Sie könnten sich aber auch zwischen feinen Körnchen verbergen, wo sie zumindest einigermassen vor dem Sonnenlicht geschützt wären.

Da das Wasser chemisch gebunden ist, wäre es nicht direkt nutzbar. Es gibt aber Überlegungen, wie man es freisetzen könnte, etwa indem man den Mondstaub in einer Art Reaktor erhitzt. Ob auf diese Weise genug Wasser gewonnen werden könnte, um eine Mondbasis zu versorgen, lässt sich derzeit nicht sagen. Dazu müsste die Mondoberfläche flächendeckend und über einen längeren Zeitraum untersucht werden. Denn es besteht die Möglichkeit, dass das Wasser nur phasenweise im Mondstaub gespeichert ist.

Kältefallen im Kleinformat

Der Shackleton-Krater am Südpol des Mondes ist möglicherweise nicht der einzige Ort, wo sich Eis finden lässt.

Der Shackleton-Krater am Südpol des Mondes ist möglicherweise nicht der einzige Ort, wo sich Eis finden lässt.

Nasa

Das ist in den tiefen Mondkratern am Südpol anders. Weil die Rotationsachse des Mondes kaum gegen die Ekliptik geneigt ist, fällt nie ein Lichtstrahl in diese kilometerweiten Krater. Bei gemessenen Temperaturen von minus 240 Grad Celsius könnte hier noch Eis vorhanden sein, das fast so alt ist wie der Mond. Allerdings sind grosse und tiefe Krater eher selten. Paul Hayne von der University of Colorado in Boulder und zwei Kollegen sind deshalb der Frage nachgegangen, ob es auf der Mondoberfläche auch kleinere Kältefallen gibt, in denen man Eis finden könnte.

Zu diesem Zweck haben die Forscher ein theoretisches Geländemodell des Mondes mit Daten des Lunar Reconnaissance Orbiters kombiniert. Dabei berücksichtigten sie Strukturen mit einem Durchmesser von bis zu einem Zentimeter. Die Auswertung ergab, dass etwa 0,15 Prozent der Mondoberfläche dauerhaft im Schatten liegt. In zwei Drittel dieser Schattenlöcher steigt die Temperatur nie über minus 160 Grad Celsius. In diesen Mikro-Kältefallen könnte sich deshalb im Laufe der Zeit Eis angesammelt haben.

Die Kältefallen haben eine Gesamtfläche von 40 000 Quadratkilometer und sind ungleichmässig über den Mond verteilt. Man findet sie vor allem in den Regionen rund um die Pole. Auf der Nordhalbkugel sind sie seltener als auf der Südhalbkugel, wo sie eine Fläche von 23 000 Quadratkilometer. Das übertrifft eine frühere Schätzung um den Faktor 2. Die Autoren führen das darauf zurück, dass sie in ihrer Analyse auch kleine Kältefallen berücksichtigt haben.

Ob diese Mikrofallen tatsächlich Eis enthalten, müssen weitere Untersuchungen zeigen. Solange das nicht passiert ist, bleibt die Kraterlandschaft am Südpol immer noch die erste Adresse für eine Besiedelung des Mondes.

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