Staubtrocken – das war das Wort, mit dem Planetenforscher den Mond lange charakterisierten. Weder auf der Oberfläche des Trabanten noch in den Apollo-Gesteinsproben fanden sich die geringsten Spuren von Wasser. Im Mond-Inneren, so hieß es, liege der Wasseranteil bei unter einem Milliardstel. Mittlerweile sehen die Forscher das anders: „Wasser ist ein Schlüsselelement – für die Geschichte des Mondes genau wie für die Gegenwart”, schrieb David Lawrence von der Johns Hopkins University kürzlich im Fachblatt Nature Geoscience. „Das Dogma vom trockenen Mond gilt nicht mehr”, sagt auch Ralf Jaumann vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Berlin.
Vor Kurzem trafen sich die führenden Mond-Forscher zu einem Workshop in Houston, um die aufregenden neuen Entdeckungen zu diskutieren. Völlig unerwartet war der Fund von wahrscheinlich mehrere Meter dicken Eisdepots in Kratern an den lunaren Polen. Ursprünglich hatten die Mond-Forscher angenommen, dass flüchtige Stoffe wie Wasser auf der luftleeren Mond-Oberfläche sofort ins All entschwinden. Doch inzwischen sprechen sie von einigen Hundert Millionen Tonnen Eis.
Das erste Indiz dafür lieferte 2009 die NASA-Sonde LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite). Bei der Mission stürzte die leere Oberstufe der Startrakete in den Krater Cabeus in der Nähe des Südpols. Erst nach genauer Analyse zeigte sich, dass die aufgewirbelte Wolke mehrere Prozent Wasser enthielt.
Dann wiesen die indische Sonde Chandrayaan-1 und der Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) mit Radar- und Infrarotmessungen größere Wassermengen in 40 polaren Kratern nach. Diese Krater liegen immer im Schatten. Sie scheinen Kältefallen zu sein, in denen sich Wasser über Jahrmilliarden halten kann.
Ein lunarer Wasserkreislauf?
„Inzwischen ist klar, dass die Eisvorkommen sehr unregelmäßig verteilt sind”, sagt Ralf Jaumann. „Die NASA hatte also Glück, dass sie bei der LCROSS-Mission einen eisreichen Flecken erwischt hat.” Auch abseits der Pole gibt es Wasser, wie Messungen von Chandrayaan-1 zeigten. Anscheinend reagieren Protonen aus dem Sonnenwind mit Sauerstoff-Atomen, die von Mikrometeoriten aus Mineralien herausgeschlagen wurden. Nun rätseln die Forscher, ob es einen regelrechten lunaren Wasserkreislauf gibt. Kann der vom Sonnenwind erzeugte Wasserdampf sich über die Oberfläche verteilen und in den finsteren Kratern hängenbleiben? Oder stammt das Eis in den polaren Krater vor allem aus abgestürzten Kometen?
Jaumann ist überzeugt, dass Wasser auf dem Mond auch direkt entsteht. „Aber das ist noch nicht wirklich geklärt”, räumt er ein. Er nimmt an, dass sich das Mond-Gestein durch den Kontakt mit den ständig vom Sonnenwind erzeugten Wassermolekülen chemisch verändert. „Man könnte das mikrochemische Verwitterung nennen.” Schon in einigen Apollo-Proben von 1973 hatte man Spuren von verwitterten Eisenmineralien gefunden – sozusagen Rost. „Das wurde aber als Folge falscher Lagerung abgetan”, sagt Jaumann. Nun muss also noch einmal überdacht werden, ob das Gestein nicht schon auf dem Mond gerostet ist.
Auch das Innere des Trabanten enthält mehr Wasser als gedacht. Bisher hat man zwar Spuren davon gefunden, und diese Moleküle sind zudem in Mineralien gebunden. Doch wie es scheint, ist der Wasseranteil des Mondes rund tausendmal größer als gedacht.
Den ersten Hinweis lieferten 2008 Forscher um Alberto Saal von der Brown University in Providence, Rhode Island. In vulkanischen Glaskügelchen, die von der Apollo-15-Mission stammten, wiesen sie einige Zehntausendstel Prozent Wasser nach. Sie verwendeten dabei eine Methode, die in den 1970er-Jahren noch nicht zur Verfügung stand.
2010 wies ein Team um Francis McCubbin von der Carnegie Institution in Washington nach, dass auch Apatit vom Mond Wasser enthält. Apatit, im Wesentlichen eine Verbindung aus Kalzium und Phosphat, kristallisiert tief unter der Oberfläche aus der flüssigen Schmelze einer Magmakammer aus und nimmt dabei Wasser – falls vorhanden – in sein Kristallgitter auf. Die Wissenschaftler fanden sowohl in einem Meteoriten vom Mond als auch in einer Apollo-Probe bis zu 0,1 Prozent Wasser. Das heißt, der Wassergehalt ist dort rund zehnmal so groß wie der im ursprünglichen Magma.
Wasser in Gesteinskristallen
In winzigen Einschlüssen in Olivinkristallen stellten Forscher um Erik Hauri von der Carnegie Institution 2011 sogar noch größere Wassergehalte fest. Sie entsprachen etwa jenen von Gestein aus dem Erdmantel. Auf Wassereis deutet auch die Existenz von Mond-Granit hin. Davon gibt es unter den Apollo-Proben einige Bröckchen. Auf der Erde findet man viel Granit, bei dessen Entstehung Wasser eine wichtige Rolle spielt. Um zu erklären, wieso es dieses Gestein auch auf dem Mond gibt, unternahmen die Planetenforscher einige Klimmzüge. Als Thomas Monecke von der Colorado School of Mines vor Kurzem einen winzigen Granitsplitter untersuchte, fand er darin einen chemischen Fingerabdruck, der typisch ist für den Kontakt mit hydrothermalen Flüssigkeiten. Um das zu erklären, muss man entweder einen exotischen Prozess aus dem Hut zaubern, den es auf der Erde nicht gibt – oder akzeptieren, dass Granit auch auf dem Mond mittels Wasser entstanden ist.
Die Quintessenz aus all den Analysen: Die Theorien zur Mond-Entstehung müssen überdacht werden. „Die Botschaft ist: Wir sind wieder am Anfang”, sagt Ralf Jaumann. Wenn der Mond wirklich durch die Kollision eines Protoplaneten mit der Erde entstanden ist, wie bislang angenommen, müssten sich die Trümmer auf Temperaturen von 1500 bis 2000 Grad Celsius erhitzt haben. „Alle flüchtigen Stoffe müssten verschwunden sein”, sagt Jaumann. Er kann sich allerdings vorstellen, dass in der Schmelze, die nach dem Einschlag in die Erdumlaufbahn gelangte, gewisse Mengen Wasser erhalten geblieben sind.
Eine andere Möglichkeit: Während der Mond abkühlte, wurde er von zahlreichen Kometen getroffen. Deren flüchtige Bestandteile könnten beim Kristallisationsprozess ins Mond-Gestein gelangt sein. „Das Problem wird die Theoretiker noch eine Weile beschäftigen”, meint Jaumann.
Vielleicht bergen fünf Apollo-Proben, die bislang nicht analysiert wurden, noch weitere Geheimnisse. Drei davon sind jungfräulich: Sie stecken in vakuumversiegelten Behältern. „Weil an diesen Proben nichts Besonderes war, gab es keinen Grund, sie zu öffnen”, sagte Gary Lofgren von der NASA auf der Tagung in Houston. „Aber jetzt, angesichts des gestiegenen Interesses am Wasser auf dem Mond, ist die Zeit dafür vielleicht gekommen.” ■
von Ute Kehse
