Als dem Mond die Luft ausging

Ob die Atmosphäre langlebig gewesen war, ist zweifelhaft. Denn schnell bildete sich eine dünne erste Gesteinskruste, die auf dem Magmameer schwamm und die effektiv das weitere Ausgasen des darunter liegenden flüssigen Magmas verhinderte. Wie lange existierte also die Urluft auf dem Mond?

„Es hängt davon ab, wie schnell genau der Mond abkühlte“, meint Prabal Saxena. „Wir gehen von 500 bis 2500 Jahren aus, danach wurde die Mondatmosphäre extrem dünn.

Der Magma-Ozean erstarrte, und die luftige Phase des Mondes endete. Denn da er erheblich kleiner und somit masseärmer als die Erde ist, reichte seine Schwerkraft nicht aus, um dauerhaft eine Lufthülle an sich zu binden.

Neue Luft aus den Mondmeeren

Doch die Geschichte der lunaren Luft hat noch ein weiteres Kapitel. Forschungsresultate von Debra Needham und David Krings vom Lunar and Planetary Science Institute in Houston, Texas, legen nahe, dass es später eine weitere Atmosphäre gab. Sehr wahrscheinlich war die zweite Gashülle dicht genug, um Oberflächengestein, das mit ihr in Kontakt war, verwittern zu lassen. Auch in dieser Atmosphäre soll es stürmisch zugegangen sein. „Das verändert die Sichtweise“, ist die NASA-Vulkanologin Needham überzeugt. Der Mond sei ein viel dynamischerer planetarer Körper als zuvor gedacht.

Entscheidend für die Renaissance der Mondluft waren die Maria. Sie sind schon mit bloßem Auge erkennbar, weil sie erheblich dunkler als andere Teile der Mondoberfläche erscheinen. Die „Mondmeere“ hielten die ersten Fernrohrbeobachter irrtümlich für echte Meere. Der Name blieb, tatsächlich sind es jedoch ausgedehnte Ebenen, angefüllt mit vulkanischem Basaltgestein. Sie entstanden vor Milliarden von Jahren, als sich Magma aus dem Untergrund in die Niederungen ergoss, die meist durch Einschläge großer Planetoiden entstanden waren. Durch ihrer eisenreiche Zusammensetzung reflektieren die Mare weniger Licht als die helleren Hochländer und erscheinen daher dunkel. Sie bedecken rund 16 Prozent der gesamten Oberfläche. Oceanus Procelarum auf der Mondvorderseite, das „Meer der Stürme“, ist mit Abstand das größte Exemplar. Auf der lunaren Rückseite sind diese vulkanischen Gebiete hingegen selten und oft auch deutlich kleiner.

Needham und Kring haben in ihrer Studie die Historie der wichtigsten elf Maria nachgezeichnet. Sie berechneten, welche Mengen an Basaltgestein im Lauf der Äonen dort abgelagert wurden. Dafür nutzten sie aktuelle Messungen des Höhenniveaus der Mondlandschaften, ermittelt durch die Laufzeit von Laser-Echos zwischen Oberfläche und kreisenden Mondsatelliten. Es zeigte sich, dass nicht im riesigen Meer der Stürme, sondern im Mare Imbrium („Regenmeer“) das meiste Magma abgelagert wurde. Denn dort ist die Basaltschicht mit 5,2 Kilometern mehr als 16-mal so dick wie im Oceanus Procellarum.

Im nächsten Schritt schätzten die beiden US-amerikanischen Forscher, wie viel Gas der Basalt abgegeben hatte und wie viel sich dann als Atmosphäre über den Kraterlandschaften sammelte. Sie stützten sich dabei auf Laboranalysen von vulkanischem Mondgestein, das die Crews von Apollo 15 und 17 zur Erde gebracht hatten. Die Resultate deuten darauf hin, dass von 3,5 Milliarden Jahren – also während des Maximums des Mare-Vulkanismus – der atmosphärische Druck auf der Mondoberfläche 1,5-mal so hoch wie heute auf dem Mars gewesen sein könnte. Zum Vergleich: Am Boden bringt es die Marsluft auf 6,1 Millibar. Hauptsächlich Kohlenmonoxid und Schwefel, aber auch Wasserdampf wurde Needham und Kring zufolge von der lunaren Mare-Magma freigesetzt.

Wie lange existierte die Mondluft?

Das meiste Gas entwich später auf Nimmerwiedersehen ins All. Jedoch könnten es geringere Mengen bis zu den dauerhaft schattigen Stellen der Mondoberfläche in den Polargebieten geschafft haben, spekulieren die beiden Forscher. Selbst wenn nur ein Promille des Wassers, das während der vulkanischen Eruptionen frei wurde, an solchen Stellen überdauerte, könnte es die Eisvorkommen erklären, die heute dort entdeckt werden. Das steht im Unterschied zu der von den meisten Experten vertretenen Erklärung, das polare Wasser des Mondes stamme ursprünglich von eishaltigen Himmelskörpern, etwa von Kometen (siehe den folgenden Artikel „Lunare Wasserstellen“).

Die Arbeit von Needham und Kring hat weitere unabhängige Studien inspiriert. Beispielsweise werteten Forscher um Elishevah van Kooten von der Universität Paris Analysen von Zink-Isotopen in mehreren Mondgesteinen als „greifbaren Beweis“ für die temporäre Gashülle, die einst den Maria entwich.

Allerdings gab es auch Widerspruch: Der Studie zufolge war die zweite lunare Gashülle nämlich viel langlebiger als die erste. Es könnte bis zu 70 Millionen Jahre gedauert haben, bis sie sich auflöste. Doch das veranschlagte langsame Tempo, mit dem sich diese Gashülle zersetzte und ins Weltall verflüchtigte, wird von anderen Experten angezweifelt. So kamen NASA-Forscher um Orenthal Tucker vom Goddard Space Flight Center jüngst auf lediglich eine Million Jahre – und bei höheren Temperaturen zu einer noch kürzeren Zeit.

Die Diskussion geht weiter und wird hoffentlich bald durch Messungen vor Ort gestützt. Denn wenn künftig Roboter oder auch Astronauten zu den Mondpolen vordringen, werden sie dort auf Wassereis und andere gefrorene Gase stoßen. Mit der genauen Zusammensetzung dieser Substanzen wird sich dann wohl klären lassen, ob es von anderen Himmelskörpern stammt oder ein Relikt aus einer Urzeit ist, als dem Mond die Luft noch nicht ausgegangen war.