Gibt es Wasser auf dem Mond?

Jugend Forscht und das „Eis im Mondinnern“

Protuberanzen-Fernrohr

Als junger, begeisterter Amateurastronom beschäftigte mich diese Frage einige Jahre, den Anlass dazu gaben jedoch zunächst Beobachtungen auf der Mondoberfläche. 1973 verfasste ich dazu eine naturwissenschaftliche Arbeit zu möglichen Ursachen, denn es gelang uns in einem kleinen Team von Amateurastronomen, Leuchterscheinungen am Krater Aristachus fotografisch festzuhalten. Da aber auch von anderen Astronomen diese Leuchterscheinungen beobachtet wurden, fanden sie als Moonblinks oder L.T.P.´s (Lunar Transient Phenomena) auch Einzug in astronomischen Dokumentationen. Leider waren dieses Beobachtungen selten und kosteten oft viele, ermüdende und vielfach auch ergebnislose Nächte.

Westfälisches Volksblatt (26.April 1973)

Die weiteren Vorgänge am Mondkrater Aristarchus konnten durch spektroskopische Untersuchungen erweitert werden und stützte dabei die Theorie von „Gasausbrüchen“ und möglichem Eis und damit Wasser auf dem Mond. Diese Untersuchung und theoretischen Ausarbeitung wurden natürlich immer wieder von großem Selbstzweifel begleitet, zumal die verlässlichen Ergebnisse in der Spektroskopie – besonders bei den bescheidenen Mitteln in der Amateurastronomie – noch in den Kinderschuhen steckte und die Populärwissenschaft dazu ganz andere Theorien entwickelte.

Aber mit dieser kleinen, wissenschaftlichen Arbeit war erstmals meine Theorie von möglichem „Wasser auf dem Mond “ geboren!

Meine Theorie war es, das sich evtl. noch wenige Reste des „Einschlagsprojektils“ eines Kometen im Inneren des Kraters Aristarch und damit unter der Krateroberfläche befinden könnte. Der Einschlagskrater ist mit ca. 450 Mio. Jahren recht jung und der Einschlag erfolgte nach dem sehr gut erkennbaren Strahlensystem des Auswurfmaterials, der Hauptmasse des Aufwurfs und der Richtung des Zentralbergs relativ Flach aus nordöstlicher Richtung. Das gesamte Einschlagsbild des Kraters lies darauf schließen, das zum Zeitpunkt des Einschlags auf der Oberfläche bereits Erstarrungsprozesse stattgefunden hatten. Leuchtphänomene wurden häufig am Kraterrand und in der Nähe des Kraters beobachtet. Am „Schlangenkopf“ befindet sich noch die urzeitliche Austrittsöffnung eines Lavastroms (siehe rechte Bildleiste) aus der Urzeit der Erstarrung. Ich schloß daher auf eine erstarrte „Gasblase“ zwischen Herodotus und dem Einschlagskrater Aristarchus, die sie sich mit Wasser oder Eis des Einschlagsprojektils gefüllt und dort gasförmig eingelagert hatte. Es war in meinen Schlussfolgerungen sehr wahrscheinlich, das sich auch besonders an den Polen des Mondes diese urzeitlichen Einschlags-Szenarien abgespielt hatten und dort Überreste dieser urzeitlichen Kometeneinschläge befinden.

Die Regionen an den Polen des Mondes sind sichtbar übersäht mit Kratern aus urzeitlichen Einschlägen und wegen der nahezu vollständig fehlenden Sonnenbestrahlung in den Kraterböden extremer Kälte ausgesetzt.

Neue Westfälische am 26.04.1973

Ich veröffentlichte 1973 erstmals die theoretische und praktische Ausarbeitung von „Eis auf dem Mond“ in einer wissenschaftlichen Arbeit beim Wettbewerb „Jugend Forscht“ …
und die Lokalpresse gab sie zum Wettbewerb mit den Erkenntnissen in einem kleinen Berichten wieder.

 

Natürlich hielt man zu Zeiten erfolgsversprechender Erkenntnisse aus den ersten Mondlandungen meine wissenschaftliche Arbeit schon für sehr utopisch.

Warum sollte es nun Wasser auf dem Mond geben…?

-Einfach aus dem gleichen Grund, warum es Wasser auf der Erde gibt.

Sternwarte Calina (Lugano-See)

Denn nach den Erkenntnissen aus dieser Forschungsarbeit war es denkbar, dass sich auf dem Mond Wasser während der Frühzeit der Mond- und Erdgeschichte „eingelagert“ hatte. Es war in der Naturwissenschaft bekannt, das sich während einer Periode vor etwa 3,9 Milliarden Jahren Wasserstoff und Sauerstoff durch Einschläge von Kometen und Asteroiden als Ursprung allen Lebens auf der Erde bildete.
Da sich der Mond den Raumabschnitt mit der Erde teilt, war es für mich mehr als wahrscheinlich, dass der Mond einen Teil dieser Kometen- oder Asteroiden-Einschläge und damit auch Wasser abbekommen hatte. Letztlich sind doch die überwiegenden, geologischen Formationen auf dem Mond fast alle einschlagsbedingt. Das meiste Wasser wird natürlich im Vacuum der Atmosphäre verdampft sein.

Ausschnitt des Mond-Südpols Foto bei günstiger Libration am 10.09.2009 mit 10″ Newton, 4 fach Barlow (Lks-Oben Südpol)

Es könnten sich aber noch unmittelbar unter der Oberfläche der Einschlagskrater Wasser in gebundener Form befinden, besonders in den Kratern, die im permanenten Schatten des Mondes in „Kältefallen“ liegen; und diese Regionen gibt es an den Polen des Mondes.

 

Einige dieser Kraterböden haben schon seit Milliarden von Jahren nie das Sonnenlicht gesehen und die Temperaturen in diesen Kratern steigt nicht über -173 °C. Die später durch Sonden gemessenen Werte sind nur 26 ° C über dem absoluten Nullpunkt, der bei etwa -247 °C liegt. Damit sind sie ideale „Kältefallen“, weil dort auch leichte Elemente nicht genug Energie bekommen, um in das Vakuum des Weltraums zu entweichen. Die Temperaturen sind dort tief genug, um Wasser, Kohlendioxid und organische Moleküle dauerhaft zu konservieren.

Was sagt nun im laufe der Jahre die Wissenschaft dazu…

Westfälische Volksblatt 1996 (1.Dezember)

1996 entdeckte die Raumsonde Clementine am Südpol im Bereich des Kraters Shackleton durch Spektralanalyse erstmals Wasser. Das dort in den tiefen Kraterregionen Temperaturen von gemessenen -230 Grad herrschen, machte diese Annahme für die NASA wahrscheinlich.
Ein zeitgleich erschienener Artikel in der Lokalpresse zu meiner Jungforschungsarbeit hatte noch etwas Positives. In einem Telefongespräch als Reaktion auf diesen Artikel erfuhr ich von einem ostdeutschen Wissenschaftler, das fast genau 20 Jahre zuvor das sowjetische Raumfahrtprogramm mit der Mondsonde Luna 24 eine solche Entdeckung gemacht hatte. Sie landete nach meinen Recherchen bereits im August 1976 in einem damals unerforschten Teil des Mondes namens Mare Crisium, bohrte ein zwei Meter tiefes Loch, entnahm 170 Gramm Gestein und brachte es unversehrt zur Erde zurück.

Hier zeigte die Analyse des Gesteins, dass es ungefähr zu einem Tausendstel seiner Masse aus Wasser bestand. Aber die Studie fand im Westen keine Aufmerksamkeit, obwohl es zu dieser Entdeckung neben der russischen auch eine englische Fassung gab.
Noch 30 Jahre später fixierten die Amerikaner die Obergrenze für Wasser auf dem Mond auf ein milliardstel Teile und sie haben aus mehreren Gründen so lang auf ihrem Irrtum beharrt. Da war zunächst die Entstehungsgeschichte des Mondes, der bei einem kosmischen Crash aus der Erde herausgebrochen war. Die Nasa-Forscher nahmen an, das dabei das Gestein so stark erhitzt und durchgemischt wurde, dass sämtliches Wasser verdampfen musste. Über die weiteren kosmischen Kollisionen nach diesem Zeitabschnitt machte man sich offenkundig keine Gedanken?

Die eigenen Analysen der NASA von Wasser bei den Apollo-Missionen analysierten sie als irdische Verunreinigung. Aber ganz sicher ist man sich auch bei der NASA ja nie, daher folgten nach Clementine 1996 weitere Projekte. Im Jahr 1998 schickte die NASA eine weitere Raumsonde, den Lunar Prospector zur Überprüfung. Mit einem Gerät, genannt Neutronen Spektrometer, tastete der Lunar Prospector die Mondoberfläche nach wasserstoffreichen Materialien ab. Erneut zeigten die Mondkrater ein verblüffendes Ergebnis: Die Neutronenrate deutete auf Wasserstoff hin; könnte es doch das „H“ im H2O sein?

Und der Krater Aristarchus…

Krater Aristarch Aufnahme mit 16″ Schmidt Cassegrain bei 16 Meter Brennweite.

Unter anderem analysierte Lunar Prospector den Krater Aristarchus und bestätigte den radioaktiven Zerfall (Halbwertzeit 3,8 Tage) von Radon 222, einem radioaktiven Gas. Zusätzlich wurde im Besonderen ein hohes Vorkommen von Ilmenit und Regolith, einem sauerstoffreichen Titanoxit-Mineral entschlüsselt.

Ein wichtiger Hinweis auf einen Kometeneinschlag als Ursprung dieser jungen Kraterformation. Dieses bestätigte Hubble im Jahr 2005 (Advanced Camera/UV) durch seine Untersuchungen mit einen sauerstoffreichen, gläsernen Boden in Form von Mineralien am Aristarch.

Im Jahr 2008 schickte die NASA eine neue Sonde zum Mond, den Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). Ausgestattet mit weiterentwickelten Sensoren, die Wasser auf mindestens 4 verschiedene Arten entdecken können. Die Wissenschaftler waren jetzt zuversichtlich, dass LRO die Frage nach Wasser auf dem Mond ein für alle mal beantworten kann.

2009 und damit 36 Jahre später die Sensation…

Westf.-Volksblatt 7.10.2009

…wird die Erkenntnis von Eis und damit Wasser auf dem Mond wissenschaftliche Realität, denn am Südpol des Mondes hat die US-Weltraumbehörde NASA Wasserstoff entdeckt.

Das haben eindeutig die Daten gezeigt, welche die Sonde „Lunar Reconnaissance Orbiter“ (LRO) zur Erde sendete. Laut der NASA seien die Wasserstoff-Spuren ein Indiz dafür, dass es auf dem Mond tatsächlich Wasser geben könnte.
Eric Hauri vom Carnegie-Institut für Wissenschaften in Washington – „Das legt die sehr faszinierende Vermutung nahe, dass das Innere des Monds ebensoviel Wasser enthält wie die oberen Gesteinsschichten der Erde“-.

Am 9. Oktober 2009 schlug eine mitgeführte Sonde, der LRO gezielt auf die Mondoberfläche auf. LCROSS (Lunar CRater Observation and Sensing Satellite) hat die Messdaten der „Aufschlagswolke“ analysieren und zur Erde übermitteln…
Am. 13. November 2009 geht dann die Sensationsmeldung um die Welt:Die Analyse der Messdaten des LCROSS Einschlags ergaben größere Mengen Wasser auf dem Mond, als jemals zuvor vermutet wurde!

Bericht zum Eis auf dem Mond im Nov. 2009

 

Die Ergebnisse der NASA im Kurzbericht:

Zusammen mit LRO wurde eine zweite Mission zum Mond gebracht, der Orbiter LCROSS. Die zweite Stufe der Rakete, die bis zum Mond die beiden Orbiter trug, schlug am 9. Oktober 2009 als 2,3 Tonnen schwerer und 2,5 km/s schneller Einschlagkörper im Schattenbereich des Kraters Cabeus ein. Der ihm folgende Orbiter LCROSS beobachtete den Einschlag und die Auswurfwolke etwa vier Minuten, bevor er ebenfalls auf dem Mond aufschlug. Eine Materiewolke stieg über den Kraterrand auf, unter dessen Einfluss mögliches Wassereis, Hydrocarbonate und organische Moleküle verdampften und sich in ihre Bestandteile zerlegen würden. Diese Bestandteile wurden mit den Infrarot-Kameras und Infrarot-Spektrometern von LCROSS untersucht, den Ort und das Verhalten der Wolke untersuchten die Kameras für sichtbares Licht, und ein Photometer bestimmte die Stärke des Einschlag-Blitzes.
Der Aufschlag wurde von vielen Beobachtern gesehen und vermessen. Er war so deutlich, dass er selbst in etwas größeren Amateur-Instrumenten zu sehen war. Der Blitz dauerte etwa zwei Sekunden, es folgte die Auswurfwolke, die nach 15 Sekunden bereits einen Durchmesser von 7 Kilometern aufwies. Der Einschlagkrater wurde fotografiert, er hatte nach ersten Messungen einen Durchmesser von etwa 30 Metern.
Am 13. November 2009 folgte die vorläufige Auswertung der Daten von LCROSS, der es aufgezeichnet und gesendet hatte. Besonders eindeutig geht aus den Messungen der Spektrometer die Existenz von Wasser in der Auswurfwolke hervor. In welcher Form das Wasser im Krater Cabeus vorhanden ist, ob massiv oder in Form feiner Spuren im Mondstaub ist damit aber wohl fast geklärt.

Es folgt noch weitere Erkenntnisse…

Denn etwas anders erscheint die Lage am Nordpol des Mondes. Von der Region gab es Anfang 2010 eine Nachricht der NASA-Forscher in der Zeitschrift „Geophysical Research Letters” über dicke Eisschichten in permanent beschatteten Kratern. Am Nordpol des Mondes gibt es demnach mehr als 40 Krater, die mit einer mehrere Meter dicken Schicht Wassereis gefüllt sind. Das hat das Radarinstrument Mini-SAR an Bord der indischen Mondsonde Chandrayaan-1 festgestellt. Insgesamt könnten sich damit in dieser Region mehr als 600 Millionen Tonnen Wassereis befinden. Das ist überraschend, da das ebenfalls permanent im Schatten liegende Gebiet am Nordpol beträchtlich kleiner ist als sein Gegenstück am Südpol.

 

Die aktuelle Meldung vom 7. Januar 2022 wirkt daher sehr Aufschlussreich für mich, denn die Weltmacht China entdeckt Chang’E-5 Lander Wasser auf dem Mond. Nach dessen Berichten aber offenbar mehr, als jemals angenommen wurde.

 

 

Hier dazu noch der wissenschaftliche Bericht aus dem Wissenschafts-Archiv Science Advances: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl9174

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