Lunare Wasserstellen

Das nasse Element avancierte mittlerweile zu einem Schwerpunkt in der Mondforschung. Im Januar 2022 veröffentlichten chinesische Forscher erstmals Messungen, die sie direkt vor Ort vorgenommen hatten: Ihre Sonde Changʼe 5 war 2020 in einer nördlichen Region des Oceanus Procellarum („Meer der Stürme“) gelandet. Laut dem Infrarotspektrometer an Bord variiert der Wassergehalt an der Landestelle von praktisch 0 bis 0,012 Prozent.

Das Team um Honglei Lin vom Institut für Geologie und Geophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften erklärt die sehr geringe Konzentration mit dem Bombardement der Mondoberfläche durch die Partikel des Sonnenwinds: Dieser enthält Wasserstoff, zusammen mit sauerstoffhaltigen Mondmineralen kann sich Hydroxyl bilden: zweiatomige Moleküle aus Wasserstoff und Sauerstoff. Nach einer anderen Hypothese stammt das Wasser von winzigen eishaltigen Mikrometeoriten, die beim Aufprall geringe Wassermengen im Gestein der Oberfläche ablagern könnten.

Am Landeort von Changʼe 5 gibt es
einen Felsbrocken, dessen Wassergehalt mit rund 0,018 Prozent aus dem Rahmen fällt. Er ist mit kleinen Hohlräumen übersät, was auf einen vulkanischen Ursprung hindeutet. Das chinesische Wissenschaftlerteam vermutet, dass dieser Basaltfelsen einst bei einem Meteoriteneinschlag aus älterem Gestein herausgesprengt und zufällig zum Landeplatz der Raumsonde katapultiert worden war. Dies legen auch Beobachtungen aus der Mondumlaufbahn nahe. Im Untergrund könnte es also noch ergiebigere Quellen für Wasser geben.

Trockener als die Sahara

Bei solchen Messungen ist es sehr schwierig zu unterscheiden, ob man tatsächlich die spektrale Signatur von Wasser oder von Hydroxyl-Molekülen aufgefangen hat. Anders ist das bei dem Wasserfund, den im Oktober 2020 die Sternwarte SOFIA (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy) meldete, die gemeinsam von der NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt betrieben wird. SOFIA macht ihre Messungen aus einem umgebauten Jumbojet in 12 bis 14 Kilometern Höhe, wo es 99 Prozent des störenden irdischen Wasserdampfs unter sich gelassen hat. Im Visier des 2,7-Meter-Spiegelteleskops war der Krater Clavius auf der südlichen Halbkugel. Er hat einen Durchmesser von 231 Kilometern. Der eindeutige Befund: Der Kraterboden enthält Wasser; die Konzentration geben die Forscher mit 0,01 bis 0,04 Prozent an.

Der Krater liegt auf dem 58. südlichen Breitengrad – längst nicht polnah genug, als dass dort ewige Dunkelheit herrschen würde. Wenn über Clavius tagsüber zwei Wochen lang die Sonne steht, erreichen die Temperaturen bis zu 120 Grad Celsius. „Ohne dichte Atmosphäre sollte Wasser auf der sonnenbeschienenen Oberfläche einfach ins Weltall verdunsten“, sagt Casey Honiball vom NASA-Zentrum in Greenbelt im US-Bundesstaat Maryland, die mit Kollegen letztes Jahr die SOFIA-Messungen in der Fachzeitschrift nature vorstellte. Ob das Wasser in Clavius nur eine lokale Besonderheit ist – wie das Team vermutet – oder doch eher typisch ist, muss sich noch zeigen. Was die technische Nutzbarkeit für eine künftige Basis anbelangt, ist allerdings Skepsis angebracht. Denn auch im Krater Clavius ist der Mond zehnmal so trocken wie die Sahara.

Scharfer Blick ins Dunkel

Die Planung für künftige Mondstationen fokussiert sich auf den Südpol, wo viel höhere H2O-Mengen gemessen wurden. Als Ursprung werden Einschläge eishaltiger Himmelskörper vermutet – also von Kometen oder Planetoiden.

Der Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA, der seit 2009 den Erdbegleiter umkreist, hat die nähere Umgebung des Pols immer wieder inspiziert. Letztes Jahr publizierte ein internationales Forscherteam um Valentin Bickel neue Resultate über die Gebiete der ewigen Nacht. Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf relativ kleine und leicht zugängliche Krater mit eher sanften Hängen. Drei davon liegen in der kürzlich ausgewählten Landeregion für das geplante amerikanische lunare Roboterfahrzeug VIPER (siehe Kasten „Vorstoß ins Feuchtgebiet“), das im kommenden Jahr landen soll.

Um schon jetzt einen Eindruck aus dem Innern dieser lediglich von indirektem Streulicht kaum beleuchteten Krater zu gewinnen, wurden die verrauschten Orbiter-Fotos mit einem selbstlernenden Algorithmus namens HORUS (Hyper-effective nOise Removal U-net Software) nachbehandelt. Die Software nutzte dazu Zehntausende Fotos, die der Lunar Reconnaissance Orbiter zur Bildeichung auf der Schattenseite des Mondes geschossen hatte. Zusätzlich flossen Daten der Bordkamera zur Temperatur und zur Flugbahn der Mondsonde in die Rechnungen ein. Es ging darum, zu unterscheiden, welche Details auf den Fotos echt und welche Artefakte sind. So erreichten die Forscher eine Auflösung von etwa ein bis zwei Metern pro Pixel – das ist bis zu zehnmal besser als bei allen vorherigen Aufnahmen.

Die untersuchten Flächen reichen von unter einem bis zu mehreren Dutzend Quadratkilometern. Dabei wurden kleinere Krater von nur einigen Metern deutlicher sichtbar als je zuvor. In einem untersuchten Krater entdeckten die Forscher einen auffallend hellen Mini-Krater.

„Dessen vergleichsweise helle Färbung könnte darauf hinweisen, dass er recht jung ist“, vermutet Bickel. „Wir nutzen unsere Methode, um bereits anerkannte Kandidatenorte wie beispielsweise die VIPER-Landezone zu charakterisieren und so besser erschließbar zu machen“, erläutert er. Um Risiken für das Mondfahrzeug im Zielgebiet kleinzuhalten, wollen die Missionsplaner wissen, wo Gefahren wie große Felsbrocken und Krater lauern.

Hinweise auf gefrorenes Wasser, etwa größere helle Flächen, fand der HORUS-Algorithmus in den bislang untersuchten Gebieten nicht. Das heißt aber nicht, dass es dort kein Eis gibt. Es könnte mit Gestein und Staub vermischt sein oder verdeckt im flachen Untergrund existieren. Wenn VIPER vor Ort ist und den Boden untersucht, wird der Roboter das hoffentlich herausfinden.