Weil der Mond keine Atmosphäre hat, bleibt Wasser in flüssiger oder gasförmiger Form auf seiner Oberfläche nicht erhalten – es entweicht sofort ins All oder wird von der harten Strahlung photochemisch zersetzt. Doch seit rund zehn Jahren weiß man, dass es einige Refugien für das Lebensmolekül gibt. Daten von Raumsonden zufolge könnte es in den permanent beschatteten, sehr kalten Bereichen großer polarer Krater sogar meterdicke Wassereisschichten geben. Ob es solche Kältefallen auch in kleineren Schattenzonen gab, war jedoch bislang unklar. Spektroskopische Messungen deuten zudem darauf hin, dass im Mondgestein höherer Breiten auch gebundenes Wasser vorhanden ist. “Ob es sich bei diesem Wasser um molekulares Wasser in Form von H2O handelt oder um Hydroxyl (OH), ist jedoch unbekannt”, erklären Casey Honniball von der University of Hawaii in Manoa und ihre Kollegen.
H2O statt OH im Mondgestein
Antworten auf diese Fragen liefern nun gleich zwei Studien. In der ersten werteten Honniball und ihr Team Beobachtungsdaten des Flugzeugteleskops SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) aus. Mit diesem hatten sie die lunare Oberfläche im August 2018 nach Infrarotstrahlung im Bereich von sechs Mikrometer Wellenlänge abgetastet. “Eine fundamentale Vibration des Wassermoleküls erzeugt bei sechs Mikrometern eine Spektralsignatur, die von keiner anderen Hydroxyl-Verbindung geteilt wird”, erklären die Forscher. Dadurch erlaubt es diese Messung zu unterscheiden, ob das schon länger bekannte, im Regolith gebundene Wasser als H2O-Molekül oder als OH-Molekül vorliegt. Für ihre Studie analysierten sie SOFIA-Daten für eine Kraterregion im Südpolargebiet und eine Vergleichsfläche am lunaren Äquator.
Es zeigte sich, dass die Mondoberfläche in den polaren Breiten Infrarotstrahlung im Bereich von sechs Mikrometer Wellenlänge abgibt. “Auf Basis unserer Vergleiche schreiben wir dieses Signal der Präsenz von molekularem Wasser zu”, berichten Honniball und ihre Kollegen. Ihren Berechnungen zufolge könnte der lunare Regolith in den hohen Breiten rund 100 bis 400 Mikrogramm H2O pro Gramm Gesteinsmaterial enthalten. Der größte Teil dieses molekularen Wassers liegt dabei nicht als Wasserhülle oder Wasserschicht auf der Regolith-Oberfläche vor, sondern ist im Gesteinsmaterial verborgen. “Das von SOFIA nachgewiesene Wasser sitzt im Inneren der lunaren Gesteinskörnchen oder ist zwischen Körnchen gefangen, die von der harschen Mondumgebung abgeschirmt sind”, erklären die Wissenschaftler. Noch ist zudem nicht klar, wie weit verbreitet dieses molekulare Wasser auf dem Mond ist.
Wassereis selbst in kleinen Schattenzonen
Eine andere Wasserquelle haben dagegen Paul Hayne von der University of Colorado in Boulder und sein Team untersucht – das Wassereis in lunaren “Kältefallen”. “Wenn Sie sich vorstellen, auf der Mondoberfläche in der Nähe eines der Pole zu stehen, würden Sie überall Schatten sehen”, erklärt Hayne. Denn das in den Polarregionen nur schräg einfallende Licht erreicht viele Kraterränder, aber auch kleine Bodensenken und Rinnen nie. Sie liegen daher dauerhaft im Schatten. Bisher war aber unklar, ob solche kleineren Schattenzonen auch kalt genug bleiben, damit sich dort dauerhaft oder zumindest längere Zeit Wassereis halten kann. Um das zu klären, haben Hayne und sein Team Daten der NASA-Raumsonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) herangezogen, um auf deren Basis ein detailliertes Modell der lunaren Topografie und der dort vorkommenden Temperaturen zu erstellen. Daraus ermittelten sie, wie viele potenziell eishaltige Kältefallen es in den Größenbereichen von einem Kilometer bis zu einem Zentimeter auf dem Mond gibt.
