Fliegende Sternwarte SOFIA entdeckt molekulares Wasser auf dem Mond

Physik-News vom 26.10.2020


Die fliegende Sternwarte SOFIA (Stratosphären Observatorium Für Infrarot-Astronomie) hat erstmals den direkten eindeutigen Nachweis von Wassermolekülen auf dem Mond außerhalb des permanenten Schattens an den Mondpolen erbracht. Dem Infrarot-Observatorium der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) war es mit dem Instrument FORCAST gelungen, die Moleküle auf der Südhalbkugel des Mondes zu detektieren.

Seit die Apollo 11 Mission 1969 die ersten Mondgesteine auf die Erde gebracht hat, haben Forschende nach dem eindeutigen Beweis gesucht, dass es Wasser auf dem Mond gibt. Aber die Proben zeigten wie auch die der zahlreichen Folgemissionen keine eindeutigen Hinweise für die Existenz von Wasser auf dem Erdtrabanten. Die Bestätigung kam erst im Jahr 2009 durch das NASA-Instrument Moon Mineralogy Mapper an Bord der indischen Chandrayaan-1 Mission – und dies auch nur für die Region um die Mondpole herum.


Diese Abbildung zeigt den Clavius-Krater des Mondes auf der südlichen Hemisphäre, wo vom Luftobservatorium SOFIA der NASA Wasserspuren entdeckt wurden. Dies ist das erste Mal, dass Wasser auf der sonnenbeschienenen Oberfläche des Mondes gefunden wurde. Die Vergrößerung zeigt Wassermoleküle, die in winzigen, glasperlenartigen Strukturen im Mondboden eingeschlossen sind. Diese Strukturen können verhindern, dass Wasser in den Weltraum verloren geht und auf der rauen, fast luftleeren Mondoberfläche verbleibt.

Publikation:


C.I.Honniball et al.
Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA
Nature Astronomy, 26. 10. 2020

DOI: 10.1038/s41550-020-01222-x



„Mit SOFIA konnten wir jetzt endlich den lang erhofften eindeutigen Beweis anführen, dass Wasser auch im Bereich der wärmeren, von der Sonne beschienenen Mondoberfläche vorkommt“, erklärt Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operation Deputy Director der Universität Stuttgart. Bereits am 30. August 2018 hatte ein Team um Casey Honniball von Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology den Mond mit FORCAST Instrument an Bord von SOFIA beobachtet. Dabei konnte die Wissenschaftlerin den eindeutigen Fingerabdruck von molekularem Wasser im mittleren Infrarotbereich (sechs Mikrometer Wellenlänge) im Bereich des Clavius-Kraters auf der südlichen Mondhalbkugel detektieren.

Wie kommt das Wasser auf den Mond?

Die sonnenbeschienenen Gebiete des Mondes erreichen eine Temperatur von etwa 230 Grad Celsius. Bei dieser Temperatur ist Wasser gasförmig und sollte verdunsten, da der Mond quasi keine Atmosphäre hat. Trotzdem ist es auf der Oberfläche vorhanden. Derzeit existieren zwei Theorien, die dies erklären können: Mikrometeoriten, die auf die Mondoberfläche fallen und geringe Mengen Wasser transportieren, könnten die Flüssigkeit durch ihren Aufprall im Gestein ablagern, so dass das Wasser dann in winzigen glasperlenartigen Strukturen im Boden eingeschlossen bleibt. Möglich wäre aber auch ein zweistufiger Prozess, bei dem der Sonnenwind Wasserstoff an die Mondoberfläche liefert, wo er sich mit Hydroxyl (HO) – einem Wasserstoffatom, das an ein Sauerstoffatom gebunden ist - zu Wasser verbindet. Dieses könnte auf der Oberfläche des Mondes versickern und wäre so vor dem Sonnenlicht geschützt.


Clavius-Krater auf der Südhalbkugel des Mondes, in dem Spuren von molekularem Wasser mit SOFIA nachgewiesen wurden.

Wasser als Grundlage für zukünftige Weltraummissionen

Ein Ziel der maßgeblich von Deutschland mitfinanzierten Europäischen Weltraumforschung in Bezug auf den Mond besteht darin, zu bestätigen, dass Ressourcen wie etwa Wasser in ausreichenden Mengen auf dem Mond vorhanden sind, um sie zum Beispiel für ein zukünftiges „Moon Village“ nutzen zu können. Die Menge an Wasser, die SOFIA entdeckt hat, entspricht etwa dem Inhalt einer 0,33 Liter Getränkedose, verteilt in einem Kubikmeter Boden.

„Das ist zwar weniger als in den Wüsten unserer Erde“, erläutert Reinhold Ewald, Europäischer Astronaut und Professor am Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart. „Aber findige Lebenserhaltungssysteme wie wir sie im Bereich Astronautik und Raumstationen am IRS entwickeln und erforschen, könnten daraus einen Teil der Ressourcen produzieren, die wir für zukünftige astronautische Weltraumissionen brauchen werden.“



Um das Phänomen von Wasser auf dem Mond eingehender zu erforschen, wird SOFIA die sonnenbeschienenen Flächen während verschiedener Mondphasen erneut beobachten. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erhoffen sich davon neue Erkenntnisse darüber, wie das Wasser produziert und gespeichert wird, und wie es sich über die Mondoberfläche verteilt. Diese Daten werden hilfreich für die Planung zukünftiger Mondmissionen sein.


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