Quelle: Universität Stuttgart.

Die fliegende Sternwarte SOFIA (Stratosphären Observatorium Für Infrarot-Astronomie) hat erstmals den direkten eindeutigen Nachweis von Wassermolekülen auf dem Mond außerhalb des permanenten Schattens an den Mondpolen erbracht. Dem Infrarot-Observatorium der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) war es mit dem Instrument FORCAST (Faint Object InfraRed CAmera for the SOFIA-Telescope) gelungen, die Moleküle auf der Südhalbkugel des Mondes zu detektieren. Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Forschungsarbeit wurden am 26. Oktober 2020 im Fachmagazin Nature Astronomy veröffentlicht. Der wissenschaftliche Betrieb von SOFIA wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA-Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert.

Seit die Apollo 11 Mission 1969 die ersten Mondgesteine auf die Erde gebracht hat, haben Forschende nach dem eindeutigen Beweis gesucht, dass es Wasser auf dem Mond gibt. Aber die Proben zeigten – wie auch die der zahlreichen Folgemissionen – keine eindeutigen Hinweise für die Existenz von Wasser auf dem Erdtrabanten. Die Bestätigung kam erst im Jahr 2009 durch das NASA-Instrument Moon Mineralogy Mapper an Bord der indischen Chandrayaan-1 Mission – und dies auch nur für die Region um die Mondpole herum. „Mit SOFIA konnten wir jetzt endlich den lang erhofften, eindeutigen Beweis anführen, dass Wasser auch im Bereich der wärmeren, von der Sonne beschienenen Mondoberfläche vorkommt“, erklärt Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operation Deputy Director der Universität Stuttgart. Bereits am 30. August 2018 hatte ein Team um Casey Honniball vom Hawai’i Institute of Geophysics and Planetology den Mond mit dem FORCAST Instrument an Bord von SOFIA beobachtet. Dabei konnte die Wissenschaftlerin den eindeutigen Fingerabdruck von molekularem Wasser im mittleren Infrarotbereich (sechs Mikrometer Wellenlänge) im Bereich des Clavius-Kraters auf der südlichen Mondhalbkugel detektieren.

Wie kommt das Wasser auf den Mond?
Die sonnenbeschienenen Gebiete des Mondes erreichen eine Temperatur von etwa 230 Grad Celsius. Bei dieser Temperatur ist Wasser gasförmig und sollte verdunsten, da der Mond quasi keine Atmosphäre hat. Trotzdem ist es auf der Oberfläche vorhanden. Derzeit existieren zwei Theorien, die dies erklären können: Mikrometeoriten, die auf die Mondoberfläche fallen und geringe Mengen Wasser transportieren, könnten die Flüssigkeit durch ihren Aufprall im Gestein ablagern, so dass das Wasser dann in winzigen glasperlenartigen Strukturen im Boden eingeschlossen bleibt. Möglich wäre aber auch ein zweistufiger Prozess, bei dem der Sonnenwind Wasserstoff an die Mondoberfläche liefert, wo er sich mit Hydroxyl (HO) – einem Wasserstoffatom, das an ein Sauerstoffatom gebunden ist – zu Wasser verbindet. Dieses könnte auf der Oberfläche des Mondes versickern und wäre so vor dem Sonnenlicht geschützt.

Wasser als Grundlage für zukünftige Weltraummissionen
Ein Ziel der maßgeblich von Deutschland mitfinanzierten Europäischen Weltraumforschung in Bezug auf den Mond besteht darin, zu bestätigen, dass Ressourcen wie etwa Wasser in ausreichenden Mengen auf dem Mond vorhanden sind, um sie zum Beispiel für ein zukünftiges „Moon Village“ nutzen zu können. Die Menge an Wasser, die SOFIA entdeckt hat, entspricht etwa dem Inhalt einer 0,33 Liter Getränkedose, verteilt in einem Kubikmeter Boden. „Das ist zwar weniger als in den Wüsten unserer Erde“, erläutert Reinhold Ewald, Europäischer Astronaut und Professor am Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart. „Aber findige Lebenserhaltungssysteme wie wir sie im Bereich Astronautik und Raumstationen am IRS entwickeln und erforschen, könnten daraus einen Teil der Ressourcen produzieren, die wir für zukünftige astronautische Weltraumissionen brauchen werden.“

Um das Phänomen von Wasser auf dem Mond eingehender zu erforschen, wird SOFIA die sonnenbeschienenen Flächen während verschiedener Mondphasen erneut beobachten. Die Wissenschaftler*innen erhoffen sich davon neue Erkenntnisse darüber, wie das Wasser produziert und gespeichert wird, und wie es sich über die Mondoberfläche verteilt. Diese Daten werden hilfreich für die Planung zukünftiger Mondmissionen sein.

Originalveröffentlichung:
Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA, C. I. Honniball et al., Nature Astronomy, 26. Oktober 2020
(DOI: 10.1038/s41550-020-01222-x)

Videos:
Animation (minimale Auflösung; 2,9 MB)
Animation (maximale Auflösung; 20,5 MB)
Credits: NASA & USRA (Videomaterial), 3M2 Film (deutsche Bearbeitung)

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Quelle: DLR.

Die fliegende Sternwarte SOFIA (Stratosphären Observatorium Für Infrarot-Astronomie) hat erstmals den direkten eindeutigen Nachweis von Wassermolekülen auf dem Mond außerhalb des permanenten Schattens an den Mondpolen erbracht. Dem Infrarot-Observatorium der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) war es mit dem Instrument FORCAST (Faint Object Infrared Camera for the SOFIA-Telescope) gelungen, die Moleküle auf der Südhalbkugel des Mondes zu detektieren. Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Forschungsarbeit wurden am 26. Oktober 2020 im Fachmagazin Nature Astronomy veröffentlicht.

„Wir haben nach Wasser auf dem Mond gesucht, seit die ersten Mondgesteine in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts auf die Erde zurückgebracht wurden“, so Dr. Alessandra Roy, SOFIA-Projektwissenschaftlerin im DLR-Raumfahrtmanagement. „Die meisten dieser Proben zeigten jedoch keine Hinweise auf dessen Existenz. „Die Bestätigung erhielten die Wissenschaftler erst im Jahr 2008 durch das NASA-Instrument Moon Mineralogy Mapper an Bord der indischen Chandrayaan-1 Mission – und dies auch nur für die Region um die Mondpole herum. Nun konnte SOFIA nachweisen, dass Wasser auch im Bereich der von der Sonne beschienenen Mondoberfläche vorkommt. Bereits am 30. August 2018 hatte das fliegende Infrarot-Observatorium den Mond mit dem Instrument FORCAST beobachtet. Dabei konnten die Wissenschaftler den eindeutigen Fingerabdruck von Wassermolekülen im mittleren Infrarotbereich (bei sechs Mikrometern Wellenlänge) im Bereich des Clavius-Kraters auf der südlichen Mondhalbkugel detektieren.

Wie kommt das Wasser auf den Mond?
Die sonnenbeschienenen Teile des Mondes erreichen eine Temperatur von etwa 120 Grad Celsius. Bei dieser Temperatur ist das Wasser gasförmig und sollte verdunsten, da der Mond quasi keine Atmosphäre hat“, sagt Dr. Roy. „Trotzdem ist es auf der Oberfläche vorhanden“. Derzeit existieren zwei Theorien, die dies erklären können: Mikrometeoriten, die auf die Mondoberfläche fallen und geringe Mengen Wasser transportieren, könnten die Flüssigkeit durch ihren Aufprall im Gestein ablagern und das Wasser dann in winzigen glasperlenartigen Strukturen im Boden eingeschlossen sein. Möglich wäre aber auch ein zweistufiger Prozess, bei dem der Sonnenwind Wasserstoff an die Mondoberfläche liefert, wo er sich mit Hydroxyl – einem Wasserstoffatom, das an ein Sauerstoffatom gebunden ist – zu Wasser verbindet. Die von SOFIA gesammelten Daten deuten darauf hin, dass sich der größte Teil des nachgewiesenen Wassers im Inneren des Substrats befindet, das die Mondoberfläche bedeckt.

Wasser als Grundlage für zukünftige Weltraummissionen
Eines der Ziele der ESA-Strategie für Weltraumressourcen mit Schwerpunkt Mond besteht darin zu bestätigen, ob Ressourcen wie etwa Wasser eine nachhaltige Weltraumforschung ermöglichen können. „Die Menge an Wasser, die SOFIA entdeckt hat, entspricht etwa dem Inhalt einer 0,33 Liter Getränke-Dose, verteilt über die Oberfläche eines Fußballfeldes“, erklärt Dr. Roy. „Der Mond bleibt damit trockener als die Wüsten auf der Erde, aber die gefundene Wassermenge könnte immer noch wichtig für zukünftige astronautische Weltraumissionen werden.“

Um das Phänomen von Wasser auf dem Mond eingehender zu erforschen, wird SOFIA die sonnenbeschienenen Flächen während verschiedener Mondphasen erneut beobachten. Die Wissenschaftler erhoffen sich davon neue Erkenntnisse darüber, woher das Wasser stammt, wie es gespeichert wird, und wie es sich über die Mondoberfläche verteilt. Diese Daten werden die Ergebnisse zukünftiger Mondmissionen ergänzen.

Über SOFIA:
SOFIA, das „Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie“ ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) und der U.S.-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA. Es wird vom DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA-Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA).

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