Eine Meteoritenstudie zeigt, dass die Mondkruste in der alten Mondgeschichte mehr Wasser enthielt, als Wissenschaftler bisher angenommen hatten. Mondbeben ähneln Erdbeben. Im Fall des Mondes werden sie durch Falten verursacht, die sich auf der Mondoberfläche bilden, wenn dieser schrumpft. Der Mond schrumpft, weil sich das Mondinnere in den letzten paar hundert Millionen Jahren abgekühlt hat.
Mondwasser
Indische Wissenschaftler haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam Hinweise auf eine erhöhte Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins von Wassereis in den Polarkratern des Mondes identifiziert, berichtet die Website der Indian Space Research Organization. Die Studie legt nahe, dass die Menge an unterirdischem Eis in den ersten Metern etwa fünf- bis achtmal größer ist als an der Oberfläche, sowohl in den Nord- als auch in den Südpolregionen des Mondes. Die Entdeckung dieser bedeutenden unterirdischen Eisvorkommen könnte den Verlauf der zukünftigen Monderkundung erheblich verändern.
Bohrungen auf dem Mond, um dieses Eis zu beproben oder auszugraben, werden für die Unterstützung künftiger Missionen und die Sicherstellung einer langfristigen menschlichen Präsenz auf der Mondoberfläche von entscheidender Bedeutung sein. Darüber hinaus zeigt die Studie auch, dass die Wassereisfläche in der Nordpolarregion doppelt so groß ist wie in der Südpolarregion, was wertvolle Informationen für die Missionsplanung und Standortauswahl liefert.
Die von den Indian Institutes of Technology Kanpur und Dhanbad in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der University of Southern California und dem Jet Propulsion Laboratory der NASA durchgeführte Studie stützt die Hypothese, dass die Hauptquelle für unterirdisches Wassereis an den Mondpolen die Freisetzung von Gasen ist während des imbrischen Vulkanismus vor 3,8–2 Milliarden Jahren.
Wie die Agentur feststellt, verwendeten Wissenschaftler in ihrer Studie Daten, die von Geräten an Bord des 2009 gestarteten Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA und der indischen interplanetaren Station Chandrayaan-2, die 2019 in die Mondumlaufbahn eintrat, gewonnen wurden.
Mondmeteorit zeigt, dass der Mond einst viel mehr Wasser hatte als erwartet
Es wurde lange angenommen, dass die Mondoberfläche seit Tausenden oder sogar Millionen von Jahren trocken ist, aber möglicherweise gibt es mehr Wasser auf der Mondoberfläche als wir dachten, und wir müssen nur einen Weg finden, es zu bekommen. Eine neue Studie hat herausgefunden, dass die Mondoberfläche vor etwa 4 Milliarden Jahren reich an Wasser war, berichtet die Zeitschrift Nature Astronomy.
Diese Forschung könnte ein wichtiger Schritt zu einem besseren Verständnis der Entwicklung des Mondes sein und auch dazu beitragen, Informationen für zukünftige Mondmissionen zu liefern, einschließlich der Artemis-3-Mission der NASA, deren Ziel es ist, frühestens im Jahr 2026 Menschen auf die Mondoberfläche zurückzubringen und die gefundenen Erkenntnisse zu nutzen . Es gibt gefrorenes Wasser für eine nachhaltige Präsenz auf dem Mond.
Links ist ein Bild des Mondes, rechts eine Probe eines Mondmeteoriten. NASA/Tara Hayden
Tara Hayden, Postdoktorandin an der University of Western Ontario, untersuchte einen Mondmeteoriten, der einst Teil der Mondoberfläche war und das Mineral Apatit enthält. Dieses gewöhnliche Phosphat ermöglichte erstmals die direkte Untersuchung eines unbekannten Stadiums der Mondentwicklung, als der Mond geschmolzen war.
Eine Meteoritenstudie zeigt, dass die Mondkruste in der alten Mondgeschichte mehr Wasser enthielt, als Wissenschaftler bisher angenommen hatten. „Die erste Entdeckung von Apatit in der frühen Mondkruste ist unglaublich aufregend, da wir endlich damit beginnen können, diese unbekannte Phase der Mondgeschichte zusammenzusetzen“, sagte Hayden in einer Erklärung. „Wir fanden heraus, dass die frühe Mondkruste wasserreicher war als erwartet, und ihre flüchtigen stabilen Isotope offenbaren eine noch komplexere Geschichte, als wir bisher wussten.“
Hayden erklärte, dass die Untersuchung von Mondmeteoriten, wie sie sie auf der Suche nach Apatit untersuchte, wichtig sei, um mehr über den Mond zu erfahren, und dass sie möglicherweise Informationen aufdecken könne, die in den in den 1960er und 1970er Jahren zur Erde zurückgebrachten Proben fehlten das Apollo-Programm.
Als die Apollo-Mondproben zum ersten Mal untersucht wurden, stellten Wissenschaftler fest, dass sie „arm an flüchtigen Bestandteilen“ waren. Flüchtige Stoffe sind Chemikalien, die bei relativ niedrigen Temperaturen leicht verdampfen; Das Wasser ist mäßig flüchtig und verdunstet bei einer Temperatur von 212 Grad Fahrenheit (100 Grad Celsius). Dies hat zu der Annahme geführt, dass der Mond „bis auf die Knochen ausgetrocknet“ sei.
Ein Stein, der während der Apollo-16-Mission von der Mondoberfläche gesammelt wurde. NASA
Diese Annahme wurde 2008 in Frage gestellt, als Wissenschaftler in neuen Apollo-Proben erhebliche Mengen an Wasser und flüchtigen Stoffen entdeckten, was sie dazu veranlasste, einen zweiten Blick darauf zu werfen. Während diese Forschung in den letzten 15 Jahren fortgesetzt wurde, haben andere Proben, wie zum Beispiel Mondmeteoriten, die auf die Erde fielen, nachdem sie durch Asteroideneinschläge und andere Einschläge von der Mondoberfläche gelöst wurden, gezeigt, dass der Mond im Laufe seiner Geschichte nicht vollständig trocken war.
„Die Aufklärung der Geschichte des Wassers in der frühesten Mondkruste, die vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstand, ist wichtig, um unser Verständnis der Ursprünge des Wassers im Sonnensystem zu verbessern“, sagte Mahesh Anand, Professor für Planetenwissenschaften und -forschung an der Open University. „Alte Gesteinsproben vom Mond in Form von Mondmeteoriten bieten eine hervorragende Gelegenheit, solche Forschungen durchzuführen.“
Gefrorenes Wasser auf der Mondoberfläche könnte bei zukünftigen Missionen nicht nur dazu genutzt werden, Astronauten am Leben zu halten, sondern auch zur Gewinnung von Wasserstoff als Treibstoff, der für die Rückkehr der Besatzungen zur Erde oder für Reisen tiefer in das Sonnensystem, beispielsweise zum Mars, verwendet werden könnte.
Mondbeben und Mondrutsche
Bei der Planung von Landeplätzen für Besatzungen auf dem Mond, von den bevorstehenden Artemis-Missionen bis hin zu zukünftigen dauerhaften Mondsiedlungen, müssen Missionsplaner eine Vielzahl von Mondparametern berücksichtigen. Beispielsweise kann die Form des Geländes über Erfolg oder Misserfolg einer Mission entscheiden, und das Potenzial für große Mengen an untergetauchtem Wasser kann einen Standort viel attraktiver machen als sein trockeneres Gegenstück. Aber Geologen schlagen jetzt vor, dass es auch wichtig sei, auf Mondbeben und Mondrutsche zu achten, schreiben sie im Planetary Science Journal.
Wie Wissenschaftler betonen, ist dies keine akademische Frage mehr. Forscher in der Südpolarregion des Mondes, die sich in der Nähe der geplanten Landeseite von Artemis 3 befindet, deren Landung im Jahr 2026 geplant ist, haben Bruchlinien identifiziert, die vor etwa 50 Jahren ein schweres Mondbeben auslösten.
Foto der Mondoberfläche. NASA
Einige Apollo-Missionen hatten Seismometer mit sich. Am 13. März 1973 erschütterte ein besonders starkes Mondbeben Seismometer in Richtung des Südpols des Mondes. Jahrzehnte später flog ein Mondaufklärer über den Südpol und entdeckte ein Netzwerk von Verwerfungslinien. Mithilfe neuer Modelle haben Forscher diese Verwerfungen mit dem Mondbeben in Verbindung gebracht.
Die Studie trägt zu unserem Bild darüber bei, wie Mondbeben im Allgemeinen aussehen. Mondbeben ähneln im Prinzip Erdbeben. Im Fall des Mondes werden sie durch Falten verursacht, die sich auf der Mondoberfläche bilden, wenn dieser schrumpft. Der Mond schrumpft, weil sich das Mondinnere in den letzten paar hundert Millionen Jahren abgekühlt hat. Laut Wissenschaftlern ähnelt dies der Faltenbildung einer Rosine, was uns auch dabei hilft, die Entstehung dieser Falten sichtbar zu machen.
Darüber hinaus ist die Oberfläche des Mondes viel weniger dicht gepackt als die der Erde und besteht oft aus losen Partikeln, die durch Einschläge herausgeschleudert und zerstreut werden können. Daher ist die Wahrscheinlichkeit, dass Mondbeben Erdrutsche verursachen, größer.
Lunar Reconnaissance Orbiter-Kamera, Narrow Angle Camera (NAC)-Mosaik des Wiechert Lobate Cluster Clusters (Pfeile zeigen nach links) in der Nähe des Südpols des Mondes. Der Überschiebungsbruch hat einen eingestürzten Krater mit einem Durchmesser von etwa 1 Kilometer (0,6 Meilen) durchschnitten (Pfeil zeigt nach rechts). NASA/LRO/LROC/ASU/Smithsonian Institution
Wenn der Tag naht, an dem wieder menschliche Stiefel den Mond betreten, müssen die betreffenden Menschen laut Forschern mit der Möglichkeit in Betracht ziehen, dass der Boden unter diesen Stiefeln möglicherweise nicht so stabil ist, wie sie gehofft hätten. Das Modell der Forscher legt beispielsweise nahe, dass die für ihr Eis bekannten Wände des Shackleton-Kraters anfällig für Erdrutsche sind.
Die neueste Studie zeigt, dass der Mond immer noch geologisch aktiv ist und liefert Beweise dafür, dass tektonische Verwerfungen, die entstehen, wenn das Mondinnere allmählich abkühlt und sich zusammenzieht, in der Nähe einiger Gebiete gefunden werden, die von der NASA als Kandidatenregionen für die Landung von Artemis III, der ersten, identifiziert wurden geplante Mission.
Der Mond birgt Hinweise auf die Entwicklung der Erde, der Planeten und der Sonne, und neue von der NASA finanzierte Forschungsarbeiten helfen Wissenschaftlern, einige der Geheimnisse unter der Oberfläche unseres nächsten kosmischen Nachbarn besser zu verstehen. Diese Studie wurde von Renee Weber, Chefwissenschaftlerin des NASA Marshall Space Flight Center, mitverfasst, die auch Mitglied des Artemis Science Teams der NASA ist, einer breiten Gruppe von Wissenschaftlern aus der gesamten Agentur, die daran arbeiten, eine neue Ära der Weltraumforschung einzuleiten.
Als Mondseismologe und Mondgeophysiker bietet Weber dem Artemis-Wissenschaftsteam fachkundige Unterstützung, einschließlich Wissen über die Arten seismischer Ereignisse, die auf dem Mond auftreten können, um seine innere Geologie und Oberflächenumgebung besser zu verstehen.
„Diese Studie untersuchte tektonische Verwerfungen und steile Hänge in der Südpolregion des Mondes und stellte fest, dass einige Gebiete anfällig für seismische Erschütterungen und Regolith-Erdrutsche sind“, sagte Weber. „Nachdem die Verwerfungen kartiert waren, berechneten wir die Größe potenzieller Mondbeben, die auftreten könnten, um eine seismische Gefahrenkarte in der Nähe von tektonischen Verwerfungen und steilen Hängen zu erstellen.“
Die Studie ergab, dass relativ kleine, junge Überschiebungen, sogenannte Lobate Scarps, in der Mondkruste weit verbreitet sind. Steilhänge bilden sich dort, wo Druckkräfte die Kruste aufbrechen und Gestein auf einer Seite einer Verwerfung nach oben und durch das Gestein auf der anderen Seite drücken oder schieben. Die Kontraktion wird durch die Abkühlung des noch heißen Mondinneren und die Gezeitenkräfte der Erde verursacht, was zu einer globalen Kompression führt. Die Felsvorsprünge wurden auf Bildern identifiziert, die von der Lunar Reconnaissance Orbiter-Kamera an Bord des LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) der NASA aufgenommen wurden.
Die Entstehung von Verwerfungen geht mit seismischer Aktivität in Form flacher Mondbeben einher. Solche kleinen Mondbeben wurden vom Apollo Passive Seismic Network aufgezeichnet, einer Reihe von Seismometern, die von Apollo-Astronauten eingesetzt werden, und könnten möglicherweise auch von einem neuen seismischen Instrument aufgezeichnet werden, das nächstes Jahr an Bord des bevorstehenden CLPS-Fluges (Commercial Lunar Payload Service) starten soll. Das Tool, die Farside Seismic Suite, wird die ersten seismischen Daten der Agentur von der anderen Seite des Mondes zurückgeben und Wissenschaftlern helfen, die tektonische Aktivität der Region zu verstehen. Die Daten könnten auch zeigen, wie oft die andere Seite des Mondes von kleinen Meteoriten getroffen wird, und feststellen, ob sich die Seismizität auf der anderen Seite des Mondes von dem unterscheidet, was während Apollo auf der nahen Seite des Mondes gemessen wurde.
„Um die seismische Gefahr durch zukünftige menschliche Aktivitäten auf dem Mond besser zu verstehen, benötigen wir neue seismische Daten nicht nur am Südpol, sondern auf der ganzen Welt“, sagte Weber. „Missionen wie die kommende Farside Seismic Suite sowie zukünftige potenzielle Missionen wie das Lunar Geophysical Network-Konzept werden die während Apollo durchgeführten Messungen erweitern und unser Wissen über globale Seismizität erweitern.“
Das Epizentrum eines der stärksten Mondbeben, das während des passiven seismischen Experiments Apollo aufgezeichnet wurde, befand sich in der Südpolregion des Mondes. Der genaue Ort des Epizentrums konnte jedoch nicht ermittelt werden. In der Nähe des Pols ist eine Wolke möglicher Standorte (magentafarbene Punkte und cyanfarbenes Polygon) eines großen, flachen Mondbebens verteilt, wobei ein Verlagerungsalgorithmus verwendet wird, der speziell auf sehr spärliche seismische Netzwerke zugeschnitten ist. Die blauen Rechtecke zeigen die angeblichen Landeplätze von Artemis III. Lobierte Überschiebungssteilhänge werden als kleine rote Linien dargestellt. Die Epizentrumswolke bedeckt eine Reihe lappenförmiger Steilhänge und viele Landeplätze der Artemis III. NASA/LROC/ASU/Smithsonian Institution
Während die NASA eine langfristige Infrastruktur auf der Mondoberfläche entwickelt, werden Webers Forschungen unschätzbare Informationen für das Artemis-Wissenschaftsteam liefern, das eine Missionsarchitektur verfeinern wird, die Flexibilität für Wissenschaft und Betrieb an verschiedenen Landeplätzen gewährleistet, und neue wissenschaftliche Erkenntnisse anwenden wird, wie z während die Forschung an den unterwegs gesammelten seismischen Messungen fortgesetzt wird.
Laut Weber hat die Studie keinen Einfluss auf den Prozess der Auswahl der Artemis-III-Landeregion, da es schwierig ist, genau abzuschätzen, wie oft Mondbeben in einer bestimmten Region auftreten, und wie bei Erdbeben können Wissenschaftler Mondbeben nicht vorhersagen. Darüber hinaus ist bei einer kürzeren Mission wie Artemis III die Wahrscheinlichkeit von Gefahren durch seismische Erschütterungen viel geringer.
Während die NASA die langfristige Infrastruktur entwickelt, wird die Agentur potenzielle Regionen identifizieren, in denen verschiedene Elemente näher an den Daten zukünftiger Artemis-Missionen installiert werden könnten. Bei diesem Standortauswahlprozess können einige der zu berücksichtigenden Faktoren geografische Merkmale wie die Nähe zu tektonischen Merkmalen und die Topographie sein, was Webers Studie noch wertvoller macht.
Die NASA wird Mondbeben mit der Mars-Mission InSight messen, mit der der Mars erkundet wurde
Die Technologie hinter den beiden Seismometern der Farside Seismic Facility der NASA wurde zur Erkennung von mehr als tausend Erdbeben auf dem Roten Planeten eingesetzt. Eines von zwei Seismometern, die speziell für die Mondoberfläche entwickelt wurden und auf Instrumenten basieren, die ursprünglich für die Marsmission InSight der NASA entwickelt wurden, zeichnete mehr als 1.300 Marsbeben auf, bevor die Mission im Jahr 2022 endete.
Die beiden Seismometer, Teil einer Nutzlast namens Farside Seismic Suite (FSS), werden 2026 im Schrödinger-Becken eintreffen, einem breiten Einschlagskrater, der etwa 300 Meilen (500 Kilometer) von der Erde entfernt liegt – dem Südpol des Mondes. Der in sich geschlossene, solarbetriebene Komplex verfügt über eigene Computer- und Kommunikationsgeräte und ist in der Lage, sich vor der intensiven Hitze des Mondtags und den kalten Nachtbedingungen zu schützen.
Das Seismic Experiment on Internal Structure (SEIS)-Instrument an Bord der Mars-InSight-Sonde der NASA befindet sich in einem kupferfarbenen sechseckigen Gehäuse auf diesem Foto, das am 4. Dezember 2018 von der Kamera des Roboterarms des Landers aufgenommen wurde. Bei Farside Seismic kommt die SEIS-Technologie zum Einsatz. Suite zum Mond. NASA/JPL-Caltech
Die Anlage, die 30-mal empfindlicher ist als ihre Apollo-Vorgänger, wird die seismischen „Hintergrundvibrationen“ des Mondes erfassen, die durch kieselgroße Mikrometeoriten verursacht werden, die auf die Oberfläche fallen. Dies wird der NASA helfen, die aktuelle Einschlagsumgebung besser zu verstehen, während sich die Agentur darauf vorbereitet, Artemis-Astronauten zur Erkundung der Mondoberfläche zu entsenden.
Planetenforscher möchten wissen, was ihnen das FSS über die innere Aktivität und Struktur des Mondes sagen wird. Was sie lernen, wird Einblicke in die Entstehung und Entwicklung des Mondes sowie in Gesteinsplaneten wie Mars und Erde geben.
Der innere Würfel der Farside Seismic Suite, abgebildet während der Montage im November 2023, beherbergt eine große NASA-Nutzlastanordnung (hinten) und zwei Seismometer. Das goldene puckförmige Gerät beherbergt einen Kurzzeitsensor und der silberne Körper beherbergt ein Ultrabreitband-Seismometer. NASA/JPL-Caltech
Das Very Broadband Seismometer (VBB) ist das empfindlichste Seismometer, das jemals für den Einsatz in der Weltraumforschung entwickelt wurde: Es kann Erdbewegungen erfassen, die kleiner als ein Wasserstoffatom sind. Es ist ein dicker Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 14 Zentimetern und misst die Auf- und Abbewegung mithilfe eines Pendels, das von einer Feder gehalten wird. Es wurde ursprünglich von der französischen Raumfahrtagentur CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) als Notfall-Ersatzinstrument („Backup-Backup“) für InSight entwickelt.
Das kleinere Seismometer des Komplexes, Short Period Sensor (SP) genannt, wurde von Kinemetrics in Pasadena, Kalifornien, in Zusammenarbeit mit der University of Oxford und dem Imperial College London gebaut. Das puckförmige Gerät misst Bewegungen in drei Richtungen mithilfe von Sensoren, die auf drei quadratische Siliziumchips mit einer Breite von jeweils etwa 25 Millimetern geätzt sind.
Die FSS-Nutzlast wurde letztes Jahr am JPL montiert. In den letzten Wochen wurde es strengen Umwelttests im Vakuum und bei extremen Temperaturen unterzogen, die den Weltraum simulierten, sowie heftigen Erschütterungen, die die Bewegung einer Rakete während des Starts simulierten.
Geladener Mondstaub
Forscher untersuchen Daten aus jüngsten suborbitalen Flugtests, um Mondregolith, Mondstaub und seine potenziell zerstörerischen Folgen besser zu verstehen. Das gemeinsam von der NASA und der University of Central Florida entwickelte Experiment gibt Aufschluss darüber, wie diese abrasiven Staubpartikel mit Astronauten, ihren Raumanzügen und anderer Ausrüstung auf dem Mond interagieren.
Das Electrostatic Regolith Interaction Experiment (ERIE) war eine von 14 von der NASA unterstützten Nutzlasten, die am 19. Dezember an Bord der unbemannten New Shepard-Rakete von Blue Origin vom Launch Pad One in West-Texas gestartet wurden. Während der Flugtests sammelte ERIE Daten, um Forschern am Kennedy Space Center in Florida dabei zu helfen, Triboladungen oder reibungsinduzierte Ladungen in der Schwerelosigkeit zu untersuchen.
Der Mond wird durch Phänomene wie Sonnenwind und ultraviolettes Licht der Sonne stark aufgeladen. Unter solchen Bedingungen werden Regolithkörner von Mondforschern und ihrer Ausrüstung angezogen. Genügend Regolith kann dazu führen, dass Instrumente überhitzen oder nicht richtig funktionieren.
Eines der Hauptprobleme besteht darin, dass es unmöglich ist, irgendetwas auf dem Mond elektrisch zu erden. Somit wird sogar ein Lander, ein Rover oder jedes andere Objekt auf dem Mond Polarität haben. Für das Staubladungsproblem gibt es derzeit keine gute Lösung. „Staub hat scharfe Kanten, die Oberflächen zerkratzen und Wärmestrahler blockieren können“, sagte Jay Phillips, Direktor der Spacecraft Electrostatics and Charging Division der NASA Kennedy.
Die New Shepard-Besatzungskapsel stürzt beim Start am Dienstag, 19. Dezember 2023, mit dem Fallschirm ab. Blauer Ursprung
Die ERIE-Nutzlast verbrachte während des etwa zehnminütigen suborbitalen Fluges der New Shepard-Kapsel etwa drei Minuten in der Schwerelosigkeit, bevor sie sicher wieder auf der Erde in der texanischen Wüste landete. Eine Kamera zeichnete die Interaktion auf und Phillips und sein Team überprüfen die Daten.
Die Ergebnisse werden als Grundlage für zukünftige Missionen zur Mondoberfläche dienen. Mithilfe triboelektrischer Sensoren an den Rädern des Rovers können Astronauten beispielsweise die positiven und negativen Ladungen zwischen dem Fahrzeug und dem Regolith auf der Mondoberfläche messen. Das ultimative Ziel besteht darin, Technologien zu entwickeln, die dazu beitragen, dass die Anzüge und die Elektronik von Astronauten während der Missionen nicht kleben bleiben und beschädigt werden.