Die chinesische Chang’e-5-Mission lieferte Beweise dafür, dass es auf dem Mond noch vor 120 Millionen Jahren aktive Vulkane gab und einige möglicherweise noch immer aktiv sind. Eine weitere Studie ergab, dass Mondbeben selten sind; die stärksten erreichen eine Magnitude von etwa 5,0 und ereignen sich in Oberflächennähe. Im Gegensatz zu Erdbeben auf der Erde, die nur wenige Sekunden bis Minuten dauern, können Mondbeben stundenlang andauern und dadurch Strukturen beschädigen oder zum Einsturz bringen, Trägerraketen auf der Mondoberfläche destabilisieren oder Bodenoperationen stören.
Laut Daten, die im Dezember 2020 von der chinesischen Sonde Chang’e 5 zur Erde erhoben wurden, brachen in geologisch jüngster Zeit Vulkane auf der Mondoberfläche aus, und der Mond könnte auch heute noch vulkanisch aktiv sein.
Es ist bekannt, dass der Mond in ferner Vergangenheit einen Vulkan besaß, denn wir finden buchstäblich überall auf der Oberfläche unseres nächsten Nachbarn Spuren davon – die dunklen Flecken des berühmten „Mannes im Mond“ sind Mondmaria, ausgedehnte vulkanische Ebenen, die vor drei bis 3,8 Milliarden Jahren existierten. Man ging davon aus, dass dies die letzte Zeit war, in der der Mond vulkanisch aktiv war.
Überraschenderweise lieferte die Sonde Chang’e-5 jedoch Beweise dafür, dass Vulkanausbrüche auf dem Mond erst vor relativ kurzer Zeit stattfanden – vor nur 123 Millionen Jahren, mit einer Fehlertoleranz von 15 Millionen Jahren. Die Forschungsergebnisse von Chang’e-5 wurden am 5. September 2024 in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.
Nahaufnahme des Probenbehälters der chinesischen Mondsonde Chang’e-5 während der Probenentnahme am 1. Dezember 2020. CNSA/CCTV
Aus menschlicher Sicht erscheint dies noch immer sehr lange her, geologischer betrachtet war es jedoch relativ jung. Das bedeutet, dass der Mond möglicherweise während seiner gesamten Entstehungszeit vulkanisch aktiv war und es vielleicht auch heute noch ist.
Hinweise auf jüngste vulkanische Aktivität wurden in drei winzigen Glasperlen gefunden – nur drei von 3.000 in einer Probe, die von Chang’e-5 gesammelt wurde. Ein Forscherteam unter der Leitung von Bi-Wen Wang und Qian Zhang vom Institut für Geologie und Geophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking analysierte sorgfältig 1,7 Gramm Mondstaub, der von Chang’e-5 gesammelt wurde, auf der Suche nach diesen „Nadeln im Heuhaufen“. Glasperlen mit einer Größe von nur 20 bis 400 Mikrometern können durch einen starken Asteroideneinschlag entstehen, bei dem Gestein schmilzt und komprimiert wird und sich so in Glas verwandelt. Tatsächlich machen diese durch Einschläge entstandenen Perlen die überwiegende Mehrheit der Perlen in der Probe aus – angesichts der zahlreichen Einschläge, die als Krater auf dem Mond sichtbar sind, nicht verwunderlich. Es gibt jedoch noch eine andere Möglichkeit, wie diese Perlen entstehen könnten.
Techniker entnehmen einen Probenbehälter der chinesischen Raumsonde Chang’e-5, die im Dezember 2020 Mondstaub und -gestein zur Erde zurückbrachte. (Nationale Astronomische Observatorien, Kanadische Astronomische Vereinigung)
„Magmafontänen erzeugen vulkanisches Glas, das bereits in Mondoberflächenproben nachgewiesen wurde“, schrieb das Team um Wang und Zhang in ihrer Forschungsarbeit. Zwar wurden vulkanische Glasperlen schon früher auf dem Mond gefunden, doch entstanden diese stets durch magmatische Eruptionen vor Milliarden von Jahren. Durch die Landung in der Region Mons Rümker im Ozean der Stürme (Oceanus Procellarum), die reich an vulkanischen Kuppeln ist, entdeckte Chang’e-5 jedoch drei ganz besondere Glasperlen, die sie am 16. Dezember 2020 zur Erde zurückbrachte.
„Die Uran-Blei-Datierung von drei vulkanischen Glasperlen deutet darauf hin, dass sie vor 123 Millionen ±15 Millionen Jahren entstanden sind“, schrieben Wang und Zhang aus ihrem Team.
Die Uran-Blei-Datierung misst den radioaktiven Zerfall von Uran zu Blei in Gesteinsproben, die über eine Million Jahre alt sind. Generell gilt: Je höher das Verhältnis von Blei zu Uran ist, desto älter muss die Probe sein, damit das gesamte Uran zu Blei zerfallen ist. Umgekehrt gilt: Je niedriger das Verhältnis von Blei zu Uran ist, desto jünger ist die Probe.
Diese Ergebnisse werden zusätzlich dadurch gestützt, dass dies nicht der erste Nachweis geologisch junger Vulkanaktivität auf dem Mond ist. Im Jahr 2014 fotografierte der Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA fast 70 ungewöhnliche Strukturen auf der Mondoberfläche, sogenannte irreguläre Maria, besser bekannt unter dem Akronym „IMPs“. Tatsächlich wurde das erste IMP bereits 1971 von NASA-Astronauten der Apollo-15-Mission aus dem Mondorbit fotografiert, damals jedoch nicht erkannt. IMPs erscheinen als glatte, runde, flache Hügel neben felsigen, unwegsamen Gebieten am Hang. Diese Strukturen, die im Durchschnitt weniger als 500 Meter groß sind, befinden sich auf vulkanischen Ebenen, und mindestens einige von ihnen scheinen jünger als 100 Millionen Jahre, möglicherweise sogar jünger als 50 Millionen Jahre zu sein. Diese Altersbestimmungen basieren auf der Anzahl der Krater – je mehr Krater eine Oberfläche aufweist, desto älter ist sie, während glatte Hänge relativ ungestört sind.
Während die IMP-Partikel überzeugende Hinweise auf jüngeren Vulkanismus liefern, sind die Glasperlen unwiderlegbar. Modelle der thermischen Entwicklung des Mondes legen jedoch nahe, dass sein Inneres lange nach seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren abgekühlt sein dürfte. Vereinfacht gesagt: Die Innentemperatur des Mondes dürfte nicht hoch genug sein, um vulkanische Aktivität zu ermöglichen.
Dieses Bild, aufgenommen am 17. Dezember 2020 in der Inneren Mongolei, China, zeigt die chinesische Raumkapsel Chang-5, die nach der Landung mit Mondgesteinsproben zurückkehrt. CASC
„Wir haben hohe Gehalte an Seltenen Erden und Thorium in diesen vulkanischen Glaskügelchen gemessen, was darauf hindeuten könnte, dass ein solcher jüngster Vulkanismus mit einer lokalen Anreicherung von aus dem Erdmantel stammenden Magmaquellen an wärmeproduzierenden Elementen verbunden war“, schreiben Wang und Zhang aus ihrer Arbeitsgruppe.
Diese Elemente, wie beispielsweise Kalium, Phosphor, Yttrium und Lanthan, können durch radioaktiven Zerfall Wärme freisetzen, die ausreichen könnte, um Gesteine im Mondmantel zumindest lokal zu schmelzen, was zu kleinen Eruptionen führen könnte.
Seit Jahrzehnten gibt es Berichte über sogenannte „transiente Mondereignisse“ (TLEs) – geisterhafte, farbige Schleier, die über der Mondoberfläche erscheinen. Ihre Existenz ist höchst umstritten, da sie bisher nicht von Raumsonden, sondern nur von Amateurastronomen auf der Erde beobachtet wurden. Viele Mondforscher wiesen TLEs zurück und führten sie auf ungünstige atmosphärische Bedingungen über dem Beobachtungsort auf der Erde oder gar auf eine Fehlinterpretation durch den Beobachter zurück. Eine mögliche Erklärung war vulkanische Ausgasung. Dies schien aufgrund des damals herrschenden Konsenses über die vulkanische Trägheit des Mondes unwahrscheinlich. Neue Daten der Raumsonde Chang’e-5, bestätigt durch LRO-Beobachtungen von IMPs (ionenmagnetischen Partikeln), legen jedoch die Möglichkeit vulkanischer Ausgasung auf dem Mond nahe.
Mondleuchten, die mehrere Minuten anhalten, könnten durch Radonemissionen aus dem Mondinneren verursacht werden. Zwei Studien, die 2008 und 2009 im „Astrophysical Journal“ veröffentlicht wurden, legen nahe, dass solche Gasemissionen auftreten, wenn sich unter der Mondoberfläche angesammeltes Gas durch Faktoren wie Mondbeben explosionsartig freigesetzt wird.
In der Nacht des 19. April 1787 beobachtete der Astronom William Herschel ein mehrere Stunden andauerndes Licht, dessen Helligkeit mit der des Orionnebels vergleichbar war und das vom unbeleuchteten Neumond ausging. Wahrscheinlich wurde er Zeuge eines transienten Mondphänomens (TLP) – einer kurzzeitigen Veränderung des Erscheinungsbildes eines Teils der Mondoberfläche.
Zu den vorübergehend auftretenden Lichtdefekten (TLPs) gehören Aufhellungen, rötliche oder violette Flecken und verschwommene Bereiche. Laut Anthony Cook, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich Physik der Aberystwyth University in Großbritannien, wurden in den letzten zwei Jahrtausenden etwa 3.000 TLPs dokumentiert, die von Menschen mithilfe von Teleskopen, Kameras oder einfach mit gutem Sehvermögen entdeckt wurden.
Ultrakurze Lichtblitze – die weniger als eine Minute dauern – werden wahrscheinlich durch Meteoroideneinschläge verursacht. Meteoroiden mit einem Gewicht von mehr als 0,2 Kilogramm (etwa so groß wie eine Billardkugel) erzeugen beim Aufprall auf die Mondoberfläche flüchtige Lichtblitze. Diese Blitze entstehen durch die Energie des Einschlags, die Gestein auf der Mondoberfläche erhitzt und es zum Glühen bringt, bis es wieder abkühlt.
Eine Karte aller Blitze, die durch Meteoriteneinschläge auf dem Mond in den letzten neun Jahren vom griechischen NELIOTA-Programm aufgezeichnet wurden. Dieses Programm wurde entwickelt, um Meteoriteneinschläge auf dem Mond zu überwachen und so Satelliten im Orbit sowie zukünftige Mondbasen zu schützen.
Obwohl man bei solchen Mondimpaktblitzen (LIFs) schon lange vermutete, dass es sich um Szintillationen handelte, konnten Wissenschaftler sie erst in den 1990er-Jahren eindeutig identifizieren, als Hochgeschwindigkeitskameras zur Beobachtung des Mondes weit verbreitet waren, so Yanagisawa. Selbst dann ließ die kurze Dauer der Blitze nicht aus, dass Faktoren wie elektrische Störungen in den Kameras eine Rolle spielten.
Um einen Meteoritenausbruch zu bestätigen, waren daher gleichzeitige Beobachtungen von zwei oder mehr weit voneinander entfernten Standorten aus erforderlich. Einige Ausbrüche wurden erstmals während des Leoniden-Meteorstroms im November 1999 bestätigt.
Seitdem wurden Hunderte weiterer Laserblitze offiziell von Projekten wie dem von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) finanzierten NELIOTA-Programm (Near-Earth Object Lunar Impacts and Optical Transients) registriert. Innerhalb von neun Jahren hat NELIOTA 193 Laserblitze aufgezeichnet, und eine Karte dieser Blitze legt nahe, dass sie von bestimmten Hotspots ausgehen, wie beispielsweise dem Oceanus Procellarum, einer möglicherweise tektonisch aktiven Mondregion.
Der Projektleiter Alexios Liakos, Forscher an der Nationalen Sternwarte Athen, erklärte, dieses scheinbare Muster sei auf einen Beobachtungsfehler zurückzuführen. Tatsächlich zeigte eine Studie aus dem Jahr 2024, an der er mitwirkte, dass der Mond einem nahezu gleichmäßigen Meteoriteneinschlag ausgesetzt ist.
Videoaufnahmen des Blitzes beim Aufprall auf den Mond; das Flackern ist in der oberen rechten Ecke des Bildes sichtbar. NELIOTA
Umgekehrt könnten Mondlichter, die einige Minuten andauern, durch die Freisetzung von Radon aus dem Mondinneren verursacht werden. Zwei Studien, die 2008 und 2009 im „Astrophysical Journal“ veröffentlicht wurden, legen nahe, dass diese Ausgasung auftritt, wenn sich unter der Mondoberfläche angesammeltes Gas explosionsartig durch Faktoren wie Mondbeben freisetzt. Radioaktives Radon emittiert beim Zerfall Licht und ist daher von der Erde aus sichtbar. Darüber hinaus decken sich Orte, an denen länger anhaltende Polarlichter beobachtet wurden, weitgehend mit Gebieten hoher Radonkonzentrationen.
Manche Mondlichter – wie jene, die vom Herschel-Teleskop beobachtet wurden – sind jedoch stundenlang sichtbar. Laut einer Studie aus dem Jahr 2012 könnten solche Beobachtungen indirekt mit dem Mond zusammenhängen. Die Studie vermutet, dass der Sonnenwind – ein Strom geladener Teilchen, der von der Sonne ausgeht – Mondstaubpartikel ionisiert und sie zu riesigen, 100 Kilometer hohen Wolken aufwirbelt. Diese Wolken können das Licht von Sternen oder anderen hellen Objekten, die in der Nähe des Mondes am Himmel erscheinen, brechen und so vermutlich die Mondoberfläche beleuchten.
Wissenschaftler konnten mithilfe der riesigen Datenmengen, die während der Apollo-Missionen und anderer Mondmissionen gesammelt wurden, ein besseres Verständnis des inneren Aufbaus des Mondes gewinnen. Im Jahr 2011 ergab eine NASA-Studie, dass der äußere Kern des Mondes aus flüssigem Eisen besteht und an der Grenze zum Mantel eine deutlich abgegrenzte, teilweise geschmolzene Schicht bildet. Die Studie deutete zudem darauf hin, dass auch der innere Kern des Mondes eisenhaltig sein könnte.
Die ersten Hinweise auf eine erdähnliche innere Struktur des Mondes lieferten die Apollo-Missionen der NASA. Daten der Instrumente an Bord der Mondlandefähren zeigten, dass der Himmelskörper differenziert ist – also aus geschichteten Regionen besteht, mit dichterem Material im Zentrum und weniger dichtem Material näher an der Oberfläche – und nicht aus homogenem Gestein. Die Apollo-Astronauten hinterließen sogar Seismometer auf dem Mond, die laut NASA später Mondbeben nachwiesen. Ein Forscherteam der Universität Côte d’Azur und des französischen Instituts für Himmelsmechanik und Ephemeridenberechnung (IMCCE) veröffentlichte seine Ergebnisse am 3. Mai 2023 in der Fachzeitschrift Nature.
Die Studie bestätigte die Existenz dieses dichten inneren Kerns. Mithilfe eines detaillierten Computermodells, das auf geologischen Daten des Apollo-Programms und der NASA-Mission GRAIL basiert – bei der zwei Sonden über ein Jahr lang das Gravitationsfeld des Mondes überwachten –, ermittelten die Forscher einen Durchmesser des inneren Kerns von etwa 500 Kilometern (310 Meilen), also nur 15 % des Monddurchmessers. Diese geringe Größe erklärt vermutlich, warum es Wissenschaftlern bisher so schwerfiel, ihn nachzuweisen.
Eine Illustration der neu bestätigten inneren Struktur des Mondes zeigt eine dünne Kruste, einen sehr dicken Mantel, eine Zone niedriger Viskosität an der Mantel-Kern-Grenze, einen flüssigen äußeren Kern und einen festen inneren Kern. Geoazure/Nicholas Sarter
Die Studie lieferte zudem erstmals Hinweise auf eine Mantelinversion auf dem Mond – ein Prozess, bei dem wärmeres, geschmolzenes Material durch den Mantel aufsteigt, ähnlich wie Wachstropfen in einer Lavalampe. Die Forscher vermuten, dass dies das Vorhandensein von Eisen auf der Mondoberfläche erklären könnte.
Ein tieferes Verständnis des inneren Aufbaus des Mondes könnte Wissenschaftlern helfen, seine geologischen Geheimnisse zu lüften, beispielsweise was mit dem einst starken Mondmagnetfeld geschah. Obwohl der Mond derzeit kein Magnetfeld mehr besitzt, deuten Gesteinsproben darauf hin, dass es einst mit dem der Erde vergleichbar war.
Von Apollo-Astronauten auf der Mondoberfläche platzierte Seismometer haben gezeigt, dass auf dem Mond Monderdbeben auftreten.
Tiefe Mondbeben, die Hunderte von Kilometern unter der Mondoberfläche auftreten, sind Gezeitenbeben. Sie entstehen durch die Anziehungskraft der Erde, die die inneren Strukturen des Mondes dehnt. Eine andere Art von Mondbeben wird durch die Kontraktion des Mondes beim Abkühlen verursacht – ein Prozess, der seit der Entstehung des Mondes vor fast 4,5 Milliarden Jahren andauert. Diese Mondbeben ereignen sich in mäßig geringen Tiefen von 20 bis 30 Kilometern, können eine Magnitude von 5,5 auf der Richterskala erreichen und länger als 10 Minuten andauern. Meteoroideneinschläge auf dem Mond können ebenfalls Mondbeben an oder nahe der Mondoberfläche auslösen. Laut NASA kann eine weitere Art extrem flacher Mondbeben durch die thermische Ausdehnung und Kompression von Gesteinen an oder nahe der Oberfläche während des Übergangs von einer kalten Mondnacht zu einem sehr heißen Mondtag entstehen.
Ein Verwerfungsrücken an der Wand des Slipher-Kraters nahe dem Nordpol des Mondes. Die Klippe ist etwa 20 Meter hoch, fast so hoch wie ein fünfstöckiges Gebäude. Dieses Bild des Slipher-Kraters entstand durch die Zusammenstellung von Aufnahmen der Lunar Reconnaissance Orbiter Camera (LRC) zu hochauflösenden topografischen Karten, sogenannten digitalen Höhenmodellen (DEMs). Mithilfe von Software können die DEMs aus jeder beliebigen Perspektive betrachtet werden. NASA/GSFC/Arizona State University.
Von Apollo-Astronauten und dem Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA beobachtete Brüche in der Mondkruste deuten darauf hin, dass der Mond in geologisch jüngster Vergangenheit geschrumpft ist und wahrscheinlich auch heute noch schrumpft. Der Mond entstand in einer chaotischen Umgebung, geprägt von intensivem Asteroiden- und Meteoritenbeschuss. Diese Einschläge, zusammen mit dem Zerfall radioaktiver Elemente, führten zu einer Erhitzung des Mondes. Seit seiner Entstehung kühlt der Mond ab. Dabei zieht er sich zusammen, und seine fragile Oberfläche bricht auf. So entstehen Überschiebungen, an denen Teile der Kruste abbrechen und über andere Bereiche hinausragen. Wissenschaftler schätzen, dass der Durchmesser des Mondes in den letzten mehreren hundert Millionen Jahren um etwa 50 Meter abgenommen hat.
Astronaut Buzz Aldrin führt während des Mondspaziergangs von Apollo 11 ein seismisches Experiment durch. Das Experiment umfasste vier Seismometer, die von zwei Solarzellen mit Strom versorgt wurden. NASA
Die Kompression des Mondes verursacht Mondbeben und Verwerfungen in der Nähe des Südpols. Flache Mondbeben, die starke Erschütterungen der Erdoberfläche in der Südpolregion auslösen können, entstehen durch Blattverschiebungen an bestehenden Verwerfungen oder die Bildung neuer Überschiebungen.
Während die NASA im Rahmen ihrer Artemis-Mission weiterhin Astronauten zum Südpol des Mondes entsendet, helfen Daten einer von der NASA finanzierten Studie Wissenschaftlern, diesen strategisch wichtigen Teil des Mondes besser zu verstehen. Die Studie liefert Beweise dafür, dass Mondbeben und -verwerfungen, die durch die allmähliche Abkühlung und Kontraktion des Mondinneren entstehen, auch in der Nähe und innerhalb einiger Gebiete vorkommen, die die NASA als potenzielle Landeplätze für Artemis III, die erste geplante bemannte Mondlandung der Artemis-Mission, identifiziert hat, so die NASA-Pressestelle.
Diese Abbildung zeigt prognostizierte Zonen mit Hanginstabilität in der Südpolarregion. Die Modelle basieren auf einem etwa einen Meter dicken Regolith-Hangrutsch. Blaue Punkte kennzeichnen die stabilsten, grüne Punkte mäßig instabile und rote Punkte die instabilsten Hänge. Die Abbildung ist auf den Shackleton-Krater und den lunaren Südpol zentriert. Die vorgeschlagenen Landeplätze für Artemis III sind als blaue Rechtecke dargestellt. Das Modell prognostiziert, dass große Abschnitte der inneren Kraterwände des Shackleton-Kraters (siehe Ausschnitt) sowie Abschnitte der inneren Kraterwände im Landegebiet Nobile Rim 1 anfällig für Hangrutschungen sind. NASA/LROC/ASU/Smithsonian Institution
„Unsere Modellrechnungen legen nahe, dass flache Mondbeben, die starke Bodenbewegungen in der Südpolregion auslösen können, durch Blattverschiebungen an bestehenden Verwerfungen oder die Bildung neuer Überschiebungen entstehen können“, sagte Tom Watters von der Smithsonian Institution in Washington, D.C., Hauptautor einer Studie, die am 25. Januar 2024 in der Fachzeitschrift Planetary Science veröffentlicht wurde. „Bei der Planung der Platzierung und Stabilität permanenter Mondstationen sollten die globale Verteilung junger Überschiebungen, deren potenzielle Aktivität und die Möglichkeit der Bildung neuer Überschiebungen infolge der anhaltenden globalen Kompression berücksichtigt werden.“
Die Kamera des Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) an Bord der NASA-Sonde Lunar Reconnaissance Orbiter hat Tausende relativ kleiner, junger Überschiebungen in der Mondkruste entdeckt. Diese Verwerfungen sind gesteinsartige Landformen, die kleinen Stufen auf der Mondoberfläche ähneln. Sie entstehen dort, wo Kompressionskräfte die Kruste aufreißen und sie von einer Seite der Verwerfung nach oben und über die andere drücken. Die Kompression wird durch die Abkühlung des noch heißen Mondinneren und die Gezeitenkräfte der Erde verursacht, was zu einer globalen Schrumpfung führt.
Die sogenannten Lobenabbrüche entstehen durch die Kompression der Mondkruste. Dabei brechen oberflächennahe Schichten auf, wodurch Überschiebungen entstehen. Eine Überschiebung hebt Krustenmaterial an und überlagert mitunter benachbarte Schichten. Verschiebungen entlang bestehender Verwerfungen oder die Bildung neuer Überschiebungen verursachen flache Mondbeben, die starke seismische Erschütterungen in Dutzenden Kilometern Entfernung vom Abbruchpunkt hervorrufen können. (Arizona State University/Smithsonian Institution)
Die Entstehung von Verwerfungen geht mit seismischer Aktivität in Form flacher Mondbeben einher. Diese flachen Mondbeben wurden vom passiven seismischen Netzwerk des Apollo-Programms aufgezeichnet, einer Reihe von Seismometern, die von Apollo-Astronauten installiert wurden. Das stärkste registrierte flache Mondbeben hatte sein Epizentrum in der Südpolregion. Die Studie modellierte eine junge Überschiebungskante innerhalb des De-Gerlache-2-Randes, der vorgeschlagenen Landezone für die Artemis-III-Mission, und zeigte, dass die Entstehung dieser Verwerfungskante mit einem Mondbeben der registrierten Magnitude in Zusammenhang stehen könnte.
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Das Team modellierte außerdem die Stabilität von Oberflächenhängen in der Südpolregion des Mondes und stellte fest, dass einige Gebiete, darunter auch permanent beschattete Regionen, selbst bei schwachen seismischen Erschütterungen anfällig für Regolith-Hangrutschungen sind. Diese Gebiete sind aufgrund der dort vorhandenen potenziellen Ressourcen, wie beispielsweise Eis, von Interesse.
„Um die seismische Gefahr durch zukünftige menschliche Aktivitäten auf dem Mond besser zu verstehen, benötigen wir neue seismische Daten, nicht nur am Südpol, sondern weltweit“, sagte Renee Weber, Mitautorin der Studie vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama. „Missionen wie die Farside Seismic Suite werden die Messungen des Apollo-Programms erweitern und unser Wissen über die globale Seismizität vertiefen.“
Ein Mosaikbild der Wiechert-Lappenverwerfung (Pfeile nach links) nahe dem Südpol des Mondes, aufgenommen von der Lunar Reconnaissance Orbiter Camera (LROC) und der Narrow Angle Camera (NAC). Die durch eine Überschiebung entstandene Verwerfung durchschneidet einen Einsturzkrater mit einem Durchmesser von etwa einem Kilometer (Pfeil nach rechts). NASA/LRO/LROC/ASU/Smithsonian
„Das LRO-Projekt zielt darauf ab, Daten über die Mondoberfläche zu gewinnen, um Wissenschaftlern zu helfen, wichtige Merkmale wie Überschiebungen zu verstehen“, sagte Maria Banks, stellvertretende Projektwissenschaftlerin des LRO am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und Mitautorin der Studie. „Diese Untersuchung ist ein gutes Beispiel dafür, wie LRO-Daten auf vielfältige Weise genutzt werden können, um unsere Rückkehr zum Mond zu planen.“
Diese Forschung wurde von der NASA-Mission Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) finanziert, die am 18. Juni 2009 startete. Mit den Artemis-Missionen erforscht die NASA den Mond, um wissenschaftliche Entdeckungen zu machen, Technologien voranzutreiben und zu erfahren, wie man auf einer anderen Welt leben und arbeiten kann, als Vorbereitung auf bemannte Missionen zum Mars.
Das Epizentrum eines der stärksten vom passiven seismischen Experiment des Apollo-Programms aufgezeichneten Mondbeben lag am Südpol des Mondes. Die genaue Lage des Epizentrums konnte jedoch nicht bestimmt werden. Die Punktwolke (violette Punkte und hellblaue Polygone) eines großen, flachen Mondbebens, die mithilfe eines speziell für sehr dünne seismische Netzwerke angepassten Lokalisierungsalgorithmus erstellt wurde, ist in der Nähe des Pols verteilt. Blaue Rechtecke markieren die Standorte der vorgeschlagenen Artemis-III-Landezonen. Verwerfungen in Form von lobären Überschiebungen sind als kleine rote Linien dargestellt. Die Punktwolke des Epizentrums umfasst mehrere lobäre Verwerfungen und viele Artemis-III-Landezonen. NASA/LROC/ASU/Smithsonian Institution
Wissenschaftler arbeiten an Methoden, um die Häufigkeit von Mondbeben entlang aktiver Verwerfungen zu bestimmen.
Verwerfungen sind Risse in der Mondkruste, die darauf hindeuten, dass der Mond mit der Zeit schrumpft, während sein Inneres abkühlt. Diese Schrumpfung, verursacht durch die abnehmende Größe des Mondes, führt zu plötzlichen Verschiebungen der Verwerfungen und damit zur Entstehung von Erdbeben. Zwischen 1969 und 1977 zeichnete ein von Apollo-Astronauten auf der Mondoberfläche installiertes Netzwerk von Seismometern Tausende von Erschütterungen durch Mondbeben auf.
Mondbeben sind selten; die stärksten, mit Magnituden um 5,0, ereignen sich nahe der Oberfläche. Diese Beben sind deutlich schwächer als starke irdische Erdbeben (Magnitude 7,0 und höher) und stellen für Astronauten auf nur wenige Tage dauernden Missionen kaum eine Gefahr dar. Ihre Auswirkungen auf langfristige Strukturen auf der Mondoberfläche können jedoch erheblich sein. Anders als ein irdisches Erdbeben, das nur wenige Sekunden bis Minuten andauert, kann ein Mondbeben stundenlang anhalten und dadurch Strukturen beschädigen oder zum Einsturz bringen, Trägerraketen auf der Oberfläche destabilisieren oder den Betrieb auf dem Mond stören.
„Die Wahrscheinlichkeit einer Gefahr steigt erheblich, je näher Ihre Infrastruktur an einer aktiven Verwerfung liegt“, sagte Thomas Watters, Senior Fellow Emeritus am National Air and Space Museum der Smithsonian Institution in Washington.
Eine Computersimulation zeigt seismische Wellen, die von einem flachen Mondbeben an der Lee-Lincoln-Verwerfung im Taurus-Littrow-Tal auf dem Mond ausgehen. Die Bezeichnung „A17“ kennzeichnet die Landestelle von Apollo 17. Die Audioaufnahme des Mondbebens wurde von einem Seismometer aufgezeichnet, das von Astronauten auf der Mondoberfläche installiert wurde. Das seismische Signal wurde in Ton umgewandelt. Audio und Video wurden im Vergleich zur normalen Wiedergabe um das Zehnfache beschleunigt. Das Hintergrundbild ist ein Mosaik einer Weltkugel, aufgenommen von der Weitwinkelkamera des Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA. Rot und Blau zeigen die positive (Aufwärtsbewegung der Erde) bzw. negative (Abwärtsbewegung der Erde) Polarität der Welle an. Nicholas Schmerr
Watters ist ein langjähriger Mondgeologe und Co-Investigator des NASA-Projekts Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). Kürzlich entwickelte er gemeinsam mit Nicholas Schmerr, einem Planetenseismologen an der University of Maryland, College Park, eine neue Methode zur Abschätzung seismischer Magnituden. Diese Methode basiert auf der Analyse von Felsblockverschiebungen und Erdrutschen in der Region. Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse am 30. Juli 2025 in der Fachzeitschrift Science Advances. Solche Forschungsergebnisse könnten der NASA helfen, sicherere Standorte für Mondobjekte zu planen.
Im Gegensatz zu einem Erdbeben, das einige Sekunden bis Minuten dauert, kann ein Mondbeben stundenlang andauern, genug, um Bauwerke zu beschädigen oder zum Einsturz zu bringen, Trägerraketen auf der Oberfläche zu destabilisieren oder Bodenoperationen zu stören.
Auf dem Mond gibt es Tausende von Verwerfungen, die möglicherweise noch aktiv sind und Erdbeben auslösen. Watters und sein Team identifizierten diese Verwerfungen durch die Analyse von Daten des Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), der seit 2009 den Mond umkreist, die Oberfläche kartiert und Bilder mit beispielloser Detailgenauigkeit von Merkmalen wie Verwerfungen, Felsbrocken und Erdrutschen aufnimmt.
Für ihre Studie analysierten Watters und Schmerr die durch Erdbeben entlang der Lee-Lincoln-Verwerfung im Taurus-Littrow-Tal verursachten Oberflächenveränderungen. NASA-Astronauten der Apollo-17-Mission, die am 11. Dezember 1972 etwa 6 Kilometer westlich der Verwerfung landeten, erkundeten während ihrer Mission deren Umgebung.
Dieses Foto aus dem Jahr 1972 zeigt Apollo-17-Astronaut Harrison H. Schmitt bei der Entnahme einer Gesteinsprobe von einem Felsblock am Fuß des nördlichen Massivs im Taurus-Littrow-Tal auf dem Mond. Man geht davon aus, dass dieser große Felsblock durch ein starkes Mondbeben vor etwa 28,5 Millionen Jahren verschoben wurde. Das Beben hatte seinen Ursprung wahrscheinlich in einem seismischen Ereignis entlang der Lee-Lincoln-Verwerfung. Das Foto wurde von Astronaut Eugene A. Cernan, dem Kommandanten der Apollo-17-Mission, aufgenommen. NASA/JSC/ASU
Durch die Untersuchung von Felsstürzen und eines Erdrutsches, der vermutlich durch Bodenerschütterungen in der Nähe der Lee-Lincoln-Verwerfung verursacht wurde, berechneten Watters und Schmerr, dass etwa alle 5,6 Millionen Jahre ein Mondbeben der Stärke 3,0 auftritt – vergleichbar mit einem relativ kleinen Erdbeben.
„Eine der Erkenntnisse aus der Untersuchung der Lee-Lincoln-Verwerfung ist, dass viele ähnliche Verwerfungen wahrscheinlich über Millionen von Jahren hinweg mehrere Erdbeben erlebt haben“, sagte Schmerr. „Das bedeutet, dass sie möglicherweise noch heute aktiv sind und auch in Zukunft neue Mondbeben auslösen könnten.“
Die Autoren wählten die Lee-Lincoln-Verwerfung für ihre Studie, da sie einen einzigartigen Vorteil bot: Die Apollo-17-Astronauten hatten Gesteinsproben aus dem Gebiet mitgebracht. Durch die Untersuchung dieser Proben im Labor konnten die Wissenschaftler die Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Gesteinsbrocken messen, die durch die Einwirkung kosmischer Strahlung im Laufe der Zeit verursacht wurden (die Oberfläche des Gesteinsbrockens liegt unmittelbar nach dem Abbruch eines größeren Felsens frei, der ihn ansonsten schützen würde).
Informationen über die Belastung durch kosmische Strahlung halfen den Forschern dabei, zu bestimmen, wie lange sich die Felsbrocken bereits an ihren jetzigen Standorten befinden, was wiederum dazu beitrug, den wahrscheinlichen Zeitpunkt und die Häufigkeit von Erdbeben entlang der Lee-Lincoln-Verwerfung abzuschätzen.
Die Astronauten von Apollo 17 untersuchten Felsbrocken am Fuße zweier Berge in einem Tal. Die Spuren deuteten darauf hin, dass die Felsbrocken nach einem Mondbeben entlang einer Verwerfung abgebrochen und den Hang hinuntergerollt sein könnten. Anhand der Abmessungen der einzelnen Felsbrocken schätzten Watters und Schmerr die Stärke der Bodenerschütterung und die Magnitude des Erdbebens, das zum Abbruch der Felsbrocken geführt haben könnte.
Dieses Mosaik des Taurus-Littrow-Tals entstand aus Aufnahmen der Schmalwinkelkameras an Bord des Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA. Der Orbiter umkreist und erforscht den Mond seit 2009. Das uralte, mit Lava gefüllte Tal wird von der Lee-Lincoln-Überschiebung durchzogen, die als geschwungene weiße Linie vom Südmassiv (Berg unten links) zum Nordmassiv (Berg oben in der Mitte) verläuft. Dort ändert die Verwerfung abrupt ihre Richtung und schneidet den Hang des Nordmassivs. Die Lee-Lincoln-Verwerfung war die Ursache zahlreicher starker Mondbeben, die Erdrutsche und Felsstürze sowohl am Nord- als auch am Südmassiv auslösten. Die ungefähre Landestelle von Apollo 17 ist rechts von der Verwerfung mit einem weißen „x“ markiert. NASA/Arizona State University/Smithsonian Institution
Das Forschungsteam schätzte außerdem die Stärke der seismischen Erschütterungen und Erdbeben ab, die erforderlich waren, um einen großen Erdrutsch auszulösen, der eine schnelle Bewegung des Bodens über den Talboden verursachte. Daraus wurde geschlossen, dass dieses Ereignis den Bruch verursachte, der die Lee-Lincoln-Verwerfung entstehen ließ.
Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren berechneten Watters und Schmerr, dass die Wahrscheinlichkeit, dass es an einem beliebigen Tag während des Aufenthalts der Apollo-17-Astronauten dort zu einem Erdbeben gekommen wäre, bei 1 zu 20 Millionen lag, wie die Autoren anmerkten.
Die NASA plant außerdem, weitere Seismometer zum Mond zu schicken. Zunächst wird die Farside Seismic Suite zwei hochempfindliche Seismometer im Rahmen der NASA-Initiative Commercial Lunar Payload Services (CLPS) an Bord einer Mondlandefähre zum Schrödingerbecken auf der Mondrückseite transportieren. Die NASA entwickelt zudem eine Nutzlast namens Lunar Environment Monitoring Station (LEMS) für einen möglichen Start im Rahmen der Artemis-III-Mission zum Südpol. Unter der Leitung von Schmerr soll diese Nutzlast die seismischen Risiken für zukünftige bemannte und robotische Missionen in diese Region bewerten.
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