Das Geheimnis der Mondwirbel

Wie weisse Schlieren in einer dunklen Flüssigkeit winden sich diffuse helle Bänder in der Nähe des Kraters Reiner viele Hundert Kilometer weit über den Boden des Ozeans der Stürme, des „Oceanus Procellarum”, auf der Mondvorderseite. Wissenschaftler nennen die eigenartige Struktur „Swirl” („Wirbel”). Besonders auffällig ist das nebulöse Gebilde Reiner Gamma. Noch an zehn weiteren Stellen auf dem Mond sind ähnliche Muster zu finden: verwaschene Flecken, milchige Girlanden, sanft geschwungene Bögen. An einigen Stellen bilden helle und dunkle Streifen verschlungene Ornamente. Auf den dunklen Basaltflächen der riesigen Krater („Maria”) treten die Wirbel besonders deutlich hervor. Einige zieren auch die helleren Hochländer. David Blewett ist fasziniert von den Wirbeln, die der Mond als einziger Himmelskörper des Sonnensystems zur Schau stellt: „Die Swirls sind wunderschön und geheimnisvoll”, schwärmt der Planetenforscher von der Johns Hopkins University im US-Staat Maryland. „Ihre Herkunft ist eines der größten Rätsel der Mondforschung.”

BRUCHSTÜCKE EINES SCHWEIFSTERNS?

Schon seit Jahrzehnten sind verschiedene Theorien im Umlauf. Lange hielt man die hellen Strukturen für Relikte zerplatzter Kometen. Bruchstücke eines Schweifsterns könnten den Mondstaub durchgepflügt und dabei die helle frische Farbe von Reiner Gamma erzeugt haben, heißt es etwa in einer Pressemitteilung der ESA von 2006. Einige Forscher vermuteten auch, die hellen Bänder seien Reste explosiver Vulkanausbrüche. Andere sehen in ihnen Ausdünstungen aus dem Mond-Inneren. Einer Hypothese aus den 1980er-Jahren zufolge bilden sich die Swirls an Stellen, wo die Mondkruste magnetisiert ist. Diese lokalen Magnetfelder könnten den Sonnenwind ablenken und eine Art Schutzschild bilden. Das würde die Verwitterung des Mondstaubs verlangsamen. 2009 stellten Forscher um Ian Garrick-Bethell von der University of California in Santa Cruz eine neue Hypothese vor: Danach bauen sich elektrische Felder auf, wenn der Sonnenwind auf eine Magnetanomalie trifft. Das könnte elektrostatisch aufgeladene Staubkörnchen zum Schweben bringen und diese zu den Magnetanomalien lenken, argumentieren die Forscher.

David Blewett hat nun erstmals zusammen mit einigen Kollegen alle bekannten Swirls einer umfassenden Analyse unterzogen. Mittlerweile ist er sich ziemlich sicher, wie sie entstanden sind: „Das Abschirm-Modell ist vermutlich korrekt”, sagt er. Die Forscher stellten fest, dass die Mondwirbel nicht aus exotischem Material wie Kometenstaub oder Vulkangestein bestehen, sondern aus normalem, aber relativ frischem Mondgestein. Radarmessungen zeigen zudem, dass die hellen Wirbel nur einen dünnen Schleier bilden: Sie werfen Radiowellen nicht anders zurück als die Umgebung. Dies bedeutet, dass die Swirl-Schicht höchstens zehn Zentimeter dick sein kann. Gegen die Kometen-Hypothese spricht auch ein Vergleich mit dem Planeten Merkur. Auf den neuen Bildern der Raumsonde Messenger konnte Blewett keinen einzigen Swirl identifizieren. Dabei schlagen auf Merkur häufiger Kometen ein als auf dem Mond, da der Planet sehr nah um die Sonne kreist. Verdächtige Flecken auf den Fotos der Sonde Mariner-10 entpuppten sich auf den schärferen Messenger-Bildern als sonnenbeleuchtete Abhänge, berichtete Blewett kürzlich in der Fachzeitschrift Icarus. „Die Kometenhypothese können wir jetzt ausschließen”, folgert er. Das inzwischen ebenfalls in Icarus veröffentlichte Staubtransport-Modell ist aber noch im Rennen: „Es erklärt zwar einige optische Kennzeichen der Swirls, aber das kann das Abschirm-Modell auch.”

Blewetts Untersuchung belegt jedenfalls, dass alle Mondwirbel in magnetisierten Gebieten liegen. Der Mond besitzt zwar kein globales Magnetfeld wie die Erde, aber Messungen zweier Apollo-Sonden zeigten Anfang der 1970er-Jahre, dass es magnetisierte Flecken gibt. Diese lokalen Magnetfelder schützen den Mondstaub vor der erbarmungslosen Weltraumverwitterung und halten ihn womöglich über Jahrmilliarden jung, vermutet Blewett.

Auch Mondstaub altert

Normalerweise lassen Mikrometeoriten, kosmische Strahlung und die schnellen geladenen Teilchen des Sonnenwinds das Mondgestein mit der Zeit altern. Der zunächst helle Mondstaub wird innerhalb von einigen Hundert Millionen Jahren dunkler und röter, die Zacken im reflektierten Spektrum werden flacher. Da das Swirl-Material aber genauso frisch aussieht wie die Auswurfmassen jüngerer Krater, muss es entweder ebenso jung sein – oder eine Art Anti-Aging-Schutz besitzen.

Für letztere Vermutung spricht, dass einige Magnetfeld-Anomalien den Sonnenwind ablenken. So stellten Forscher um Martin Wieser vom Schwedischen Institut für Weltraumphysik in Kiruna anhand von Daten der indischen Mondsonde Chandrayaan-1 fest, dass sich über der stärksten magnetischen Anomalie am Krater Gerasimovich auf der Mondrückseite eine Art Mini-Magnetosphäre aufgebaut hat. Auf einem Gebiet mit einem Durchmesser von 360 Kilometern kommen kaum schnelle Protonen aus dem Sonnenwind an, berichteten die Forscher im Fachblatt Geophysical Research Letters. Eine ringförmige Fläche rund um dieses geschützte Gebiet wird dafür umso heftiger bombardiert.

Ein ähnlicher Schutzschild umgibt auch Reiner Gamma. Das zeigen Magnetfeldmessungen der Sonde Lunar Prospector. Dem Modell von Forschern um Masahiko Kurata vom Tokyo Institute of Technology zufolge dürfte die Magnet-Blase etwa 30 Kilometer hoch reichen. Unter dem Ansturm des Sonnenwinds wird sie zuweilen stark verzerrt. Wie die Magnetfelder am Boden aussehen und wie stark sie genau sind, wissen die Forscher noch nicht: Die bisherigen Messungen stammen aus dem Orbit und sind daher ungenau. „Ohne Zweifel ist das Feld auf der Oberfläche viel komplizierter”, sagt Blewett. Die faszinierenden, an Interferenz-Muster erinnernden Schwarz-Weiß-Streifen einiger Swirls könnten vielleicht dadurch entstehen, dass einige Bereiche geschützt, benachbarte dagegen besonders stark bestrahlt werden. Am Mondboden dürfte die Feldstärke einige Hundert Nanotesla erreichen. Das entspricht etwa einem Hundertstel des Erdmagnetfeldes.

Der natürliche Schutzschirm bringt die Swirls nun als möglichen Standort für eine bemannte Mondbasis ins Gespräch. Wahrscheinlich wären aber dennoch zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um den kosmischen Teilchenregen aufzuhalten. Denn Mikrometeoriten und neutrale Teilchen werden durch die Magnetfelder nicht abgelenkt. Auch für die energiereichsten kosmischen Strahlen stellen die Mini-Magnetosphären kein ernsthaftes Hindernis dar. Trotzdem könnten die exotischen Swirls von Nutzen sein – wenn sich die Menschheit denn entschlösse, nach Jahrzehnten der terrestrischen Stubenhockerei wieder einmal einen anderen Himmelskörper zu besuchen. ■

UTE KEHSE, Geophysikerin und Wissenschaftsjournalistin, berichtete zuletzt in Heft 10/2011 über Meteoriten aus der Urzeit des Sonnensystems.

von Ute Kehse