Quelle: Universität Bayreuth 29. September 2023.

29. September 2023 – Die US-amerikanische Weltraumagentur hat die Proben dem Bayerischen Geoinstitut (BGI) der Universität Bayreuth für wissenschaftliche Untersuchungen zur Verfügung gestellt.

Unter der Leitung von Prof. Dr. Audrey Bouvier, einer international renommierten Expertin für extraterrestrisches Gestein, werden die Proben in den kommenden Jahren mit massenspektrometrischen High-Tech-Verfahren auf ihre chemische Zusammensetzung hin analysiert. Für diese Untersuchungen verfügt das BGI nicht nur über neueste Forschungstechnologien, sondern auch über spezielle Reinräume, die gewährleisten, dass das Mondgestein nicht unter dem Einfluss von Staub oder Feuchtigkeit verändert wird. Bei den von der NASA gelieferten Gesteinsproben handelt es sich um kleine Gesteinsstücke und polierte Anschliffe von der Größe eines Daumenabdrucks. Sie sollen jetzt mit hoher räumlicher Auflösung im Detail analysiert werden. Die Astronauten von Apollo 16 und 17 haben einen großen Teil dieser Proben mit Hilfe des batteriegetriebenen Mondautos „Lunar Roving Vehicle“ eingesammelt, mit dem sie Exkursionen im Umkreis der Landestelle unternehmen konnten.

Analysen von Mondgestein sind nicht nur aufschlussreich für die Entstehung des Mondes, sondern bieten ebenso Einblicke in die Entstehung und die Frühgeschichte der Erde, die durch eine hohe Einschlagsdichte von Asteroiden geprägt war. Frühere Untersuchungen haben bereits gezeigt, dass die Entstehung der Erde in ihrer heutigen Gestalt und die Entstehung ihres Trabanten aufgrund einer Kollision der Erde mit einem unbekannten Planeten eng miteinander verknüpft waren. Doch während alle Gesteine auf der Erdoberfläche infolge der Plattentektonik und unter dem Einfluss von Klima, Wetter und weiteren geologischen Prozessen ständigen Veränderungen unterworfen waren, blieb das Mondgestein weitgehend konserviert. Es ähnelt bis heute sehr stark dem Gestein, wie es sich vor mehr als drei Milliarden Jahren bei der Entstehung des Mondes herausgebildet hat.

„Die Untersuchung bestimmter Mondgesteine, so genannter Impaktbrekzien, ermöglicht uns eine Zeitreise in die Vergangenheit: Sie zeigen uns, wie die Erde einst aussah. Diese Gesteine enthalten Spuren des intensiven planetarischen Bombardements, das auf der Mondoberfläche und dementsprechend auch auf der Erde stattfand. Diese Erkenntnisse sind vor allem deshalb besonders interessant, weil sie Rückschlüsse auf chemische und physikalische Gegebenheiten erlauben, unter denen vor ungefähr 3,7 Milliarden Jahren das Leben auf der Erde entstand. Besonders wertvoll sind dabei Isotopenanalysen, die wir hier am BGI mit Forschungstechnologien durchführen können, die es zur Zeit der Apollo-Missionen noch gar nicht gab“, sagt Prof. Dr. Audrey Bouvier, Professorin für experimentelle Planetologie an der Universität Bayreuth.

Dem von ihr geleiteten Forschungsteam am BGI gehört auch Ran Zhao M.Sc. an. Er hat an der Universität Bayreuth den Masterstudiengang „Experimental Geosciences“ absolviert und nimmt nun im Rahmen seiner Doktorarbeit an den Analysen der Gesteinsproben teil. Die Untersuchungen werden sich auch auf die Analysen von Mondgestein erstrecken, das in Form von Meteoriten auf der Erde eingeschlagen ist. Mondmeteoriten liefern Stichproben von Gestein an anderen Orten auf der Mondoberfläche. Ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften sind jedoch während ihres Eintritts in die Erdatmosphäre und infolge der Verwitterung auf der Erde in den letzten Zehntausenden von Jahren – bis zu ihrer Entdeckung in der Sahara-Wüste – stark verändert worden. Daher können sie nicht mehr als frisches Mondmaterial angesehen werden.

In Vorbereitung: Analysen des Gesteins eines Marsmonds
Prof. Dr. Audrey Bouvier wurde kürzlich von der Europäischen Weltraumorganisation ESA als europäisches Mitglied eines der „Science Strategy Teams“ ausgewählt, die an der bevorstehenden Raumfahrtmission zur Erforschung der Marsmonde unter japanischer Leitung beteiligt sind. Eine Raumsonde der japanischen Raumfahrtagentur JAXA wird im Herbst 2024 zum Mars starten, um die beiden Marsmonde Phobos und Deimos genau zu beobachten und mindestens zehn Gramm Regolith-Gestein von der Phobos-Oberfläche einzusammeln. Die Gesteinsproben sollen 2029 auf der Erde eintreffen, aber internationale Strategieteams bereiten sich schon jetzt auf die Gesteinsanalysen vor. Die JAXA wird einen Teil der Proben dem BGI zur Verfügung stellen. Das Team von Prof. Bouvier beschäftigt sich dabei vor allem mit der Frage, welche Erkenntnisse über die Entstehung des frühen Sonnensystems und der terrestrischen Planeten aufgrund der Analysen von Marsmondgestein gewonnen werden können.

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• Apollo-Programm

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Ein Beitrag von andreastramposch. Quelle: NASA Science.

Jeden Mondmorgen, wenn die Sonne erstmals nach zweiwöchiger, kalter Finsternis am Mond über seine staubige Oberfläche streift, regt sich ein seltsamer Sturm über die Mondoberfläche. Der Beweis dieser Mondstürme kam von einem alten Apollo Experiment das sich LEAM (Lunar Ejecta and Meteorites) nennt. 1972 haben Apollo 17 Astronauten das LEAM am Mond installiert um nach aufgewirbeltem Staub zu suchen, der durch kleine Meteoriten hervorgerufen wird, die auf der Mondoberfläche einschlagen.

Vor Milliarden von Jahren wurde der Mond kontinuierlich von Meteoriten getroffen, welche Felsen pulverisierten und die Mondoberfläche mit den staubigen Meteoritentrümmern überdeckten. So entstand der staubige Mond mit den vielen Einschlagskratern, wie wir ihn heute alle kennen. Heute passieren diese Meteoriteneinschläge viel seltener, aber noch immer wird der Mond von Meteoriten getroffen. In der Apollo Ära wollten die Wissenschaftler wissen wie viel Staub täglich durch diese Einschläge aufgewirbelt wird und welche Eigenschaften dieser Staub besitzt. LEAM sollte diese Fragen beantworten und besaß dazu drei Sensoren: einem Sensor, der die Geschwindigkeit, einem der die Energie und einem der die Richtung dieser feinen Staubpartikel bestimmen sollte.

LEAMs drei Jahrzehnte alte Daten waren so verblüffend, dass sie jetzt von mehreren unabhängigen NASA und Universitätsprofessoren nachgeprüft werden. „Zu jedermanns Überraschung entdeckte LEAM eine große Anzahl von Staubpartikel an jedem Mondmorgen. Meistens aus Westen oder Osten und meistens langsamer als durch einen Einschlag hervorgerufen,“ sagte Gary Olhoef, Professor für Geophysik an der Colorado School of Mines. Es gibt dafür eine Lösung: Die Tagesseite des Mondes ist positiv geladen, die Nachtseite ist negativ geladen. An der Schnittlinie zwischen der Tag-Nacht-Grenze am Mond (als Terminator bekannt) kommt es dabei aufgrund horizontal wirkender elektrischer Felder zu einer elektrostatischen Reaktion. Eine weiter interessante Tatsache lag in der stark steigenden Temperatur nur wenige Stunden nach dem Mondmorgen. Das LEAM musste sogar abgeschaltet werden um eine Überhitzung zu vermeiden. Eine mögliche Erklärung wäre folgende: elektrisch geladener Mondstaub wurde vom LEAM angezogen und umhüllte es. Dadurch wurde weniger Sonnenlicht reflektiert als absorbiert und das LEAM begann sich bis auf Siedetemperatur zu Erhitzen. Aufgrund der knappen Operationszeit des LEAM mit nur 770 Stunden konnten die Wissenschaftler aber keine ganz sichere Erklärung abgeben.

Bereits Apollo Astronauten erzählten während der Mondorbits von diesen Mondstürmen. Auch das NASA Surveyor Raumfahrzeug konnte diese Staubbewegungen an der Terminator-Grenze beobachten. Wissenschaftler glauben sogar, dass diese Mondstürme von der Erde aus als so genanntes LTPs (Lunar Transient Phenomena) gesichtet werden können. LTPs sind kurzzeitige Erhellungen an der Mondoberfläche. Bis jetzt waren sich die meisten Wissenschaftler einig, dass es sich dabei um den sichtbaren Beweis von einschlagenden Meteoriten handelt. „Es wäre möglich, dass diese LTPs von Sonnenreflektionen des aufsteigenden, elektrostatisch geladenen Mondstaubes verursacht werden können,“ behauptet Olhoeft. Durch diese neuen Erkenntnisse der überarbeiteten, über 30 Jahren alten Daten des LEAM wurde das LTP Phänomen erneut aufgerollt. „Wir können noch eine Menge über den Mond lernen,“ sagte Timothy Stubbs, ein Wissenschaftler des NASA Goddard Space Flight Center, der sich ebenfalls mit diesem Phänomen beschäftigt.

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Ein Beitrag von Roman Polak. Quelle: Universe Today.

Mondstaub ist dem Kieselerde-Staub auf der Erde sehr ähnlich. Das Einatmen dieses Staubes kann zu einer Staublunge führen. Der Staub auf dem Mars ist sogar noch gefährlicher, da er ein starkes Oxydationsmittel ist. Bei Berührung mit diesem Marsstaub würde die eigene Haut verbrennen. Deshalb arbeitet die NASA an Möglichkeiten, die Gefahr zu verringern, die bei zukünftigen Mond- und Marsmissionen existiert.

Die ersten Anzeichen darauf, dass Mondstaub schädlich ist, kamen im Jahre 1972 während einer Apollo Mission. Der damalige Astronaut Harrison Schmidt atmete diesen Staub im Mondmodul der Challenger ein. Der Staub kam in das Modul, weil die Astronauten nach ihrem Mondspaziergang noch immer Staub auf ihrer Ausrüstung hatten. Kurze Zeit später hatten Schmidt und sein Commander Gene Cernan Fieber. Das Fieber verging allerdings am nächsten Tag und beide konnten ohne großen gesundheitlichen Schaden auf die Erde zurückkehren.

„Das größte Problem sind die Lungen“, sagt Russell Kerschmann, Pathologe im NASA Ames Research Center. Der erste Fall, wo die Öffentlichkeit auf dieses Problem aufmerksam wurde, war beim Bau vom Hawk’s Nest Tunnel in West Virgina, wo die Hälfte aller Bauarbeiter starben, weil sie beim Bohren den gefährlichen Kieselerde-Staub eingeatmet hatten. „So etwas muss nicht unbedingt bei Astronauten passieren, aber wir sollten versuchen, das Problem dennoch zu lösen“, meint Kerschmann.

Quarz, die Hauptursache einer Staublunge, muss nicht unbedingt giftig sein. „Man könnte es essen und würde trotzdem nicht krank werden“, fügt Kerschmann hinzu. „Aber wenn frischer Quarz im Staub vorhanden ist, kann es in der Lunge zu einer Reaktion kommen und die Lunge kann den Staub dann nicht mehr entfernen. Der Körper versucht daher, mit weißen Blutkörperchen zu reagieren um den Staub aus der Lunge zu entfernen. Diese Sterben allerdings beim Versuch, die scharfkantigen Staubpartikel zu entfernen ab. Daher wird die Lunge automatisch mit Proteinen vom eigenen Blut gefüllt. Dadurch erstickt das Opfer dann langsam, was einer Lungenentzündung ähnlich ist“, erklärt Kerschmann.
Noch gefährlicher als Mondstaub ist allerdings der Marsstaub. Viele Wissenschaftler nehmen an, dass der Staub auf dem Mars ein sehr starkes Oxidationsmittel ist, das Plastik, Gummi und menschliche Haut ohne Probleme durchbrennt. Das Problem, das den Mars noch gefährlicher macht, ist, dass es am Mars häufig starke Stürme gibt und somit der Staub einen ständig trifft. Es gibt also keine Möglichkeit, dem zu entkommen.
Um Wege zu finden, dieses Problem zu lösen, beginnt die NASA nun damit das Project Dust zu unterstützen. Das Project Dust ist eine vier Jahres-Studie von Masami Nakagawa, außerordentlicher Professor in Bergbau-Ingenieurskunst an der Schule für Bergbau in Colorado. Das Projekt wird Technologien austesten, wie zum Beispiel einen Stoff für Raumanzüge, der den Staub abstößt. Der Vorteil des Projektes ist, dass man die Techniken gleich vor Ort auf der Erde testen kann und nicht extra Staub vom Mond oder Mars benötigt.

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