Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 2. August 2024.

2. August 2024 – Die ausgesprochen dünne Atmosphäre, die den Mond umgibt, entsteht in erster Linie durch das ständige Bombardement der Mondoberfläche durch staubgroße Mini-Meteoriten. Andere Prozesse, etwa die Wechselwirkung mit Teilchen und Strahlung von der Sonne, spielen eine untergeordnete Rolle, wie Forschende von der University of Chicago, des Massachusetts Institute of Technology, des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) und des NASA Goddard Space Flight Centers heute in der Fachzeitschrift Science Advances berichten. Das Team hat Bodenproben untersucht, die Astronauten der Apollo-Missionen vor Jahrzehnten zurück zur Erde gebracht hatten. Dieses Material stand über Milliarden von Jahren in ständigem Austausch mit der Mondatmosphäre – und war so Zeuge der Vorgänge, welche die Atmosphäre erzeugen und aufrechterhalten.

Eigentlich hat der Mond gar keine Atmosphäre – zumindest nicht nach irdischen Maßstäben. Die nicht einmal zehn Tonnen Material, die seine Gashülle bilden, erzeugen einen Atmosphärendruck von etwa einem Billiardenstel des Luftdrucks, der auf der Erde herrscht. Das bezeichnet man typischerweise als Ultrahochvakuum. Im Fall des Mondes spricht man von Exosphäre. Sie besteht in erster Linie aus Argon, Helium und Neon. Dazu gesellen sich neben einigen anderen Spurenelementen kleinste Anteile der Alkalimetalle Natrium, Kalium und Rubidium. Unklar war bisher, welche Prozesse die Exosphäre mit Material versorgen. Da ständig einige Teilchen ins Weltall entweichen, müssen sie ebenso kontinuierlich von der Oberfläche „nachgefüllt“ werden.

In der aktuellen Studie kommen die Wissenschaftler*innen zu dem Ergebnis, dass hauptsächlich die Einschläge so genannter Mikrometeoriten, kleinster Staubteilchen aus dem Weltall, den nötigen „Nachschub“ liefern. Sie treffen permanent auf die Mondoberfläche, erwärmen sie lokal und setzen so Atome frei. Einen deutlich geringeren Einfluss hat die Sonne: Auch Teilchen des Sonnenwindes und Sonnenlicht können einzelne Atome aus dem Mondboden lösen.

In der Vergangenheit haben sich Wissenschaftler*innen bemüht, diese Prozesse möglichst direkt zu verfolgen, etwa mit Hilfe der NASA-Raumsonde Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), die den Mond von Oktober 2013 bis April 2014 umkreiste und ihr Augenmerk besonders auf die Natrium- und Kaliumatome der Exosphäre richtete. Die neue Studie verfolgt nun einen gänzlich anderen Ansatz: Um mehr über die Exosphäre zu erfahren, schauen die Forscher*innen nicht auf die Exosphäre selbst, sondern untersuchen den Mondboden.

„Spuren“ im Mondstaub
„Das Regolith, das den Mond überzieht, steht seit Milliarden von Jahren in direktem Austausch mit seiner Exosphäre“, erklärt Dr. Timo Hopp vom MPS die Grundidee der Studie. „Das hat Spuren hinterlassen, die sich im Labor messen lassen“, fügt er hinzu. Entscheidend ist dabei, dass einige der Prozesse, die sich im Wechselspiel zwischen Oberfläche und Exosphäre abspielen, leichtere Isotope bevorzugen. Isotope sind Spielarten eines Elements, die sich allein durch die Anzahl ihrer Neutronen im Kern und somit durch ihr Gewicht unterscheiden. So setzen etwa die Einschläge von Mini-Meteoriten eher leichte als schwere Isotope frei. Zwar fallen einige der herausgeschlagenen Teilchen mit der Zeit zurück auf die Oberfläche und werden so wieder Teil der Mondoberfläche. Andere entweichen jedoch ins All – und verändern so die Isotopenverhältnisse im Boden dauerhaft. Über Milliarden von Jahren ist die Mondoberfläche somit eine Art Gedächtnis dieser Vorgänge.

In ihrer aktuellen Studie hat das Team die Verhältnisse, in der Kalium- und Rubidiumisotope in zehn Proben vom Mond vorliegen, mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmt. Die Proben hatten NASA-Astronauten im Rahmen der Apollo-Missionen bereits vor Jahrzehnten von fünf verschiedenen Landestellen auf dem Mond zurück zur Erde gebracht. Während ein Teil des mitgebrachten Mondmaterials damals sofort untersucht wurde, hob die NASA einen beträchtlichen Teil für Untersuchungen auf, die erst in Zukunft möglich sein würden.

Atmosphären-Entstehung am Computer
Zudem modellierten die Forschenden am Computer, wie sich die Wechselswirkungsprozesse zwischen Oberfläche und Exosphäre auf die Isotopenzusammensetzung des Mondbodens auswirken. „Am Computer können wir die Beiträge einzelner Prozesse problemlos variieren. Wir können berechnen, in welchem Verhältnis Kalium- und Rubidiumisotope vorliegen müssten, wenn beispielsweise die Wechselwirkung mit Sonnenwindteilchen überwiegt oder wenn die Mikrometeoriten den größten Einfluss haben“, erklärt Timo Hopp. Der Vergleich mit den tatsächlich gemessen Werten erlaubt dann Einblicke in die Vorgänge, die Mondoberfläche und Exosphäre geformt haben.

„Unsere Studie gibt als klare Antwort, dass Verdampfung durch Meteoriteneinschläge der dominierende Prozess ist, der die Mondatmosphäre erzeugt“, so die Erstautorin der Studie, Prof. Dr. Nicole Nie, Assistenzprofessorin am Massachusetts Institute of Technology. Dieser Prozess hat mehr als 65 Prozent des Kaliums in der Mond-Exosphäre erzeugt. Der Rest geht auf Wechselwirkungen der Mondoberfläche mit Teilchen und Strahlung von der Sonne zurück. „Der Mond ist fast 4,5 Milliarden Jahre alt und während dieser Zeit wurde die Oberfläche ständig von Meteoriten bombardiert. Wir zeigen, dass eine dünne Atmosphäre schließlich einen stabilen Zustand erreicht, weil sie durch kleine Einschläge überall auf dem Mond ständig aufgefüllt wird“, so Prof. Dr. Nicole Nie weiter.

Die neuen Ergebnisse helfen zudem zu verstehen, wie dünne Exosphären entstehen und über Milliarden von Jahren aufrechterhalten werden. Neben dem Mond umgibt beispielsweise auch den Merkur eine solch dünne Gashülle.

Originalveröffentlichung
Nicole X. Nie, Nicolas Dauphas, Zhe J. Zhang, Timo Hopp, Menelaos Sarantos:
Lunar Soil Record of Atmosphere Loss over Eons,
Science Advances, 2. August 2024
dx.doi.org/10.1126/sciadv.adm7074
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm7074

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Quelle: WWU 18. Januar 2024.

18. Januar 2024 – Der Mond unserer Erde ist fast vollständig mit Staub bedeckt. Anders als auf der Erde ist dieser Staub nicht durch Wind und Wetter glatt geschliffen, sondern scharfkantig und zusätzlich elektrostatisch aufgeladen. Bereits seit der Apollo-Ära Ende der 1960er-Jahre wird dieser Staub untersucht. Nun hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Ottaviano Rüsch von der Universität Münster erstmals besondere metergroße Felsen auf der Mondoberfläche entdeckt, die mit Staub bedeckt sind und vermutlich einzigartige Eigenschaften aufweisen – etwa magnetische Anomalien. Die wichtigste Erkenntnis der Wissenschaftler ist, dass nur sehr wenige Felsblöcke auf dem Mond eine Staubschicht mit speziellen Reflexionseigenschaften haben. Zum Beispiel reflektiert der Staub auf diesen neu entdeckten Felsblöcken das Sonnenlicht anders als auf bisher bekannten Gesteinen. Diese neuen Erkenntnisse helfen den Wissenschaftlern, Prozesse zu verstehen, die die Mondkruste bilden und verändern. Die Studienergebnisse sind im Fachjournal „Journal of Geophysical Research – Planets“ erschienen.

Es ist bekannt, dass es auf der Mondoberfläche magnetische Anomalien gibt, insbesondere in der Nähe einer Region namens Reiner Gamma. Die Frage, ob Gesteinsbrocken magnetisch sein können, wurde jedoch noch nie untersucht. „Das derzeitige Wissen über die magnetischen Eigenschaften des Mondes ist sehr gering, sodass diese neuen Gesteine Aufschluss über die Geschichte des Mondes und seines magnetischen Kerns geben werden“, ordnet Ottaviano Rüsch vom Institut für Planetologie die Entdeckung ein. „Dazu haben wir erstmals die Wechselwirkungen von Staub mit Gesteinsbrocken in der Reiner-Gamma-Region untersucht – genauer gesagt die Variationen in den Reflexionseigenschaften dieser Gesteine. Beispielsweise können wir daraus ableiten, zu welchem Anteil und in welche Richtung das Sonnenlicht von diesen großen Felsen reflektiert wird.“ Die Aufnahmen wurden von der NASA-Raumsonde Lunar Reconnaissance Orbiter durchgeführt, die den Mond umkreist.

Ursprünglich war das Forschungsteam an zerklüfteten Gesteinsbrocken interessiert. Sie hatten zunächst mithilfe künstlicher Intelligenz etwa eine Million Bilder nach solchen Gesteinsbrocken durchsucht – diese Aufnahmen stammen ebenfalls vom Lunar Reconnaissance Orbiter. „Moderne Datenverarbeitungsmethoden ermöglichen uns komplett neue Einblicke in globale Zusammenhänge – gleichzeitig finden wir auf diese Weise immer wieder unbekannte Objekte, so wie die anomalen Gesteinsbrocken, die wir in dieser neuen Studie untersuchen“, sagt Valentin Bickel vom Center for Space and Habitability der Universität Bern. Der Suchalgorithmus identifizierte rund 130.000 interessante Gesteinsbrocken, die Hälfte davon untersuchten die Wissenschaftler. „Wir erkannten auf nur einem Bild einen Felsbrocken mit markanten dunklen Bereichen. Dieses Gestein unterschied sich stark von allen anderen, da es weniger Licht in Richtung Sonne zurückstreut als andere Gesteine. Wir vermuten, dass das an der besonderen Staubstruktur liegt, etwa an der Dichte und der Korngröße des Staubs“, erklärt Ottaviano Rüsch. „Normalerweise ist der Mondstaub sehr porös und reflektiert viel Licht in die Beleuchtungsrichtung. Wenn der Staub aber kompaktiert wird, steigt gewöhnlich auch die Helligkeit insgesamt. Dies ist bei den beobachteten staubbedeckten Felsen nicht der Fall“, fügt Marcel Hess von der TU Dortmund hinzu. Dies sei eine faszinierende Entdeckung – allerdings stehen die Wissenschaftler noch am Anfang, diesen Staub und seine Wechselwirkungen mit dem Gestein zu verstehen. In den kommenden Wochen und Monaten wollen die Forscher die Prozesse weiter untersuchen, die zu den Wechselwirkungen zwischen Staub und Felsen sowie zu der Entstehung der besonderen Staubstruktur führen. Zu diesen Prozessen gehören zum Beispiel die Anhebung des Staubs aufgrund elektrostatischer Aufladung oder die Wechselwirkung des Sonnenwinds mit lokalen Magnetfeldern.

Neben zahlreichen anderen internationalen unbemannten Raumfahrtmissionen zum Mond schickt die NASA in den kommenden Jahren einen automatischen Rover, einen fahrbaren Roboter, in die Reiner-Gamma-Region, um ähnliche Arten von Felsblöcken mit speziellem Staub zu finden. Auch wenn es noch Zukunftsmusik ist: Ein besseres Verständnis der Staubbewegung kann beispielsweise bei der Planung menschlicher Siedlungen auf dem Mond helfen. Denn aus den Erfahrungen der Apollo-Astronauten weiß man, dass Staub viele Probleme aufwirft, etwa die Verunreinigung technischer Geräte oder der Weltraumstationen.

Originalpublikation
Rüsch, O., Hess, M., Wöhler, C., Bickel, V. T., Marshal, R. M., Patzek, M., & Huybrighs, H. L. F. (2024). Discovery of a dust sorting process on boulders near the Reiner Gamma swirl on the Moon. Journal of Geophysical Research: Planets, 129, e2023JE007910. Doi: 10.1029/2023JE007910
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JE007910

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Quelle: TU Berlin 3. Januar 2024.

3. Januar 2024 – Der Bau einer Mondbasis als Ausgangspunkt für die weitere Erforschung des Weltraums sowie zukünftige Marsmissionen ist eines der Kernelemente der derzeitigen internationalen Weltraumstrategien. Ein zentraler Bestandteil ist dabei eine möglichst autarke Energieversorgung von einer zukünftigen Mondstation. Die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fördert jetzt im Rahmen des Programms „Forschung und Exploration“ mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz das Verbundvorhaben „SoMo – Ein innovatives Herstellungsverfahren für Solarzellen aus Mond-Regolith“ zwischen dem Fachgebiet Raumfahrttechnik der TU Berlin und der JPM Silicon GmbH.

Dr. Thomas Driebe von der Deutschen Raumfahrtagentur zur Förderung: „Die Beteiligung an europäischen Mondmissionen sowie dem Artemis-Programm der NASA ist bereits heute ein wichtiger Beitrag Deutschlands in der Weltraumforschung und Exploration. Eine bemannte Mondbasis rückt dabei in greifbare Nähe und somit auch die Frage nach der Versorgung mit Rohstoffen und Energie. Die Photovoltaik spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Mit dem Vorhaben sehen wir eine hervorragende Schnittmenge zwischen Weltraumforschung und dem weiteren Ausbau der terrestrischen Photovoltaik, so dass wir mit vielversprechenden Ergebnissen auch dem Schritt in den Weltraum selbst entgegensehen.”

Vor-Ort-Produktion ersetzt kostspieligen Transport durch Raketen
Um die Nachhaltigkeit einer Mondmission zu erhöhen und ihre Kosten zu senken, ist die Entwicklung von ISRU-Technologien besonders wichtig für die zukünftige Erforschung des Mondes. ISRU steht für „In-situ Resource Utilization“ (Nutzung von Ressourcen vor Ort). Dabei handelt es sich um die Erzeugung von Produkten und Betriebsstoffen wie Wasser, Sauerstoff, Bauprodukte oder Elektrizität aus vor Ort verfügbaren Materialien und Ressourcen wie Mondstaub (Mondregolith) und Sonnenlicht. Die Technologien können dazu beitragen, die Mission mit den benötigten Materialien und Verbrauchsgütern zu versorgen, die andernfalls mit großem Aufwand von der Erde geliefert werden müssen. Laut Prof. Dr. Enrico Stoll, Leiter des Fachgebietes Raumfahrttechnik der TU Berlin, kostet der Transport von einem Kilogramm Material zum Mond derzeit rund eine Million Euro. „Die Energieversorgung durch lunare Ressourcen für eine zukünftige Mondbasis ist daher ein Schwerpunkt unserer Weltraumforschung“, so Enrico Stoll.

Voll funktionsfähige Solarzellen
Das SoMo-Projekt leistet einen Beitrag zu dieser Forschung, indem es den weithin verfügbaren Mondstaub als Rohstoff für die Herstellung von Solarpaneelen auf dem Mond nutzt. Die im Projekt angewandte Herstellungstechnik ermöglicht die Produktion von Siliziumzellen unter Verwendung zweier auf dem Mond weithin verfügbarer Ressourcen: das Mondregolith für die Herstellung von Glassubstraten und UV-Licht. Das Endprodukt ist eine Siliziumzelle auf einer Pufferschicht aus Aluminiumoxid. Damit sind die ersten Schritte in Richtung einer nachhaltigen Produktion voll funktionsfähiger Solarzellen auf dem Mond getan.

Simulate für Mondstaub
Das notwendige Glassubstrat wird vom Fachgebiet Raumfahrt der TU Berlin hergestellt. Die Arbeitsgruppe um Enrico Stoll hat verschiedene Simulate für das Mondregolith entwickelt. Diese Pulver ahmen die Eigenschaften verschiedener Bodenproben nach, die im Rahmen des Apollo-Programms zur Erde gebracht wurden. Das Glas wird hergestellt, indem die Simulate bei sehr hohen Temperaturen (über 1500° C) geschmolzen werden. Das gewonnene Glas wird anschließend vom Team der TU Berlin geformt und nachbearbeitet. Der Projektpartner JPM Silicon GmbH erzeugt anschließend aus dem Glassubstrat eine Siliziumschicht, die dann in eine Solarzelle umgewandelt wird.

Nachhaltige Nutzung von Mondressourcen
„Ziel des Projekts ist es, eine möglichst autarke Energieversorgung für Explorationsprojekte auf dem Mond zu gewährleisten und gleichzeitig einen angemessenen Wirkungsgrad der Solarzelle zu erzielen“, so Projektleiter Juan Carlos Ginés Palomares. „Am Fachgebiet Raumfahrttechnik führen wir derzeit mehrere Projekte zur Erforschung und nachhaltigen Nutzung von Mondressourcen durch. Diese gemeinsamen Forschungsarbeiten sind ein wichtiger Schritt zur Verwirklichung unserer Vision einer sich selbst tragenden Monderkundung, die langfristige und wirkungsvolle Erkundungsmissionen ermöglicht.“

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Quelle: TU Clausthal 12. Oktober 2023.

12. Oktober 2023 – Eine Gemeinschaftsstudie der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), der Technischen Universität Clausthal und der Hochschule Aalen, die am heutigen 12. Oktober 2023 in der angesehenen Fachzeitschrift Springer Nature Scientific Reports veröffentlicht wurde, offenbart faszinierende Perspektiven: Mithilfe innovativer 3D-Drucktechnologie und Mondstaub könnte die Errichtung von Straßen und Landeplätzen auf dem Erdtrabanten in greifbare Nähe rücken. Dies eröffnet ungeahnte Möglichkeiten für den Aufbau zukünftiger Mondbasen.

Mondstaub stellt, wenn aufgewirbelt, eine erhebliche Herausforderung für Mondmissionen dar: Aufgrund der geringen Schwerkraft auf dem Erdtrabanten neigt er dazu, lange zu schweben und kann so Maschinen, Geräte und Ausrüstungen beschädigen. Dauerhafte Mondbasen sind daher auf feste Infrastrukturen, Straßen und Landeplätze angewiesen, um das Staubproblem zu minimieren.

Allerdings wäre es äußerst aufwendig und damit extrem kostspielig, hierfür extra Baumaterial von der Erde zum Mond zu transportieren. Viel vorteilhafter wäre es, den feinen Staub zu nutzen, der zuhauf vor Ort vorhanden ist und den Mond in einer mehreren Meter dicken Schicht bedeckt.

Baumaterial Mondstaub
Genau hier setzt die aktuelle Studie an. Die Autorinnen und Autoren experimentierten mit Laserstrahlen unterschiedlicher Stärke und Größe (bis 100 mm Durchmesser und 12 Kilowatt Leistung), um Mondstaub in ein robustes Baumaterial zu verwandeln. Dafür verwendeten sie ein feinkörniges Material (EAC-1A), welches von der European Space Agency (ESA) offiziell als Äquivalent für Mondstaub deklariert wird.

Die großen Brennflecken des Lasers ermöglichen eine hohe Geschwindigkeit beim Schmelzen des Materials zu festen, flächendeckenden Strukturen, was für den Bau von Straßen und Landeplätzen essenziell wäre. Bei den Versuchen stellte sich jedoch heraus, dass bei einem Überlappen der Laserstrahlen die enorme Energiedichte zu hohen Temperaturunterschieden und Spannungen im Material und folglich zu Rissen führt.

Aus diesem Grund entwickelte das interdisziplinär zusammengesetzte Team dreieckige, geometrische Formen mit einer Öffnung in der Mitte, bei denen sich die Laserspuren beim Druck nicht überlappen. Das Ergebnis: „Pflastersteine“, die perfekt ineinandergreifen und so eine solide Oberfläche bilden.

Sonnenlicht statt Laser
Auf dem Mond könnte der Laser, der mit über einer Tonne Gewicht zu schwer für einen Transport zum Mond wäre, durch eine hochbrechende Linse von mehreren Quadratmetern ersetzt werden. Sie könnte das Sonnenlicht so bündeln, dass es die Intensität des Lasers ersetzt. Ein solche Linse auf Folienbasis („Fresnel-Linse“) würde weniger als zehn Kilogramm wiegen und ließe sich somit leicht zum Mond transportieren.

Entsprechend stolz ist Jens Günster, Projektkoordinator und Leiter des Fachbereiches Multimateriale Fertigungsprozesse an der BAM: „Unsere Ergebnisse zeigen das große Potenzial, das in der additiven Fertigung steckt. Sie bringen uns einen bedeutenden Schritt näher zum Aufbau einer verlässlichen Infrastruktur auf dem Mond, wie sie die europäische Raumfahrtorganisation ESA plant.“

Publikation:
Laser melting manufacturing of large elements of lunar regolith simulant for paving on the Moon
https://www.nature.com/articles/s41598-023-42008-1
pdf: https://www.nature.com/articles/s41598-023-42008-1.pdf

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• 3D-Drucker in der Raumfahrt

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Quelle: ÖWF 1. August 2023.

1. August 2023 – Zwei von der Europäischen Weltraumagentur ESA finanzierte Projekte im Rahmen der Entwicklung neuer Textilien für zukünftige Mond- und Mars-Raumanzüge wurden vor Kurzem erfolgreich abgeschlossen: BACTeRMA – unter der Leitung des Österreichischen Weltraum Forums (ÖWF) – und PExTex – unter der Leitung des französischen Unternehmens COMEX in Zusammenarbeit mit dem ÖWF. Ziel der Projekte war es, Textilien zu finden, die das mikrobielle Wachstum hemmen und der rauen Umgebung des Mondes, wie z.B. Strahlung, Staubabrieb oder einer anspruchsvollen thermischen Umgebung, standhalten. Beide Studien bieten eine europäische Perspektive auf zukünftige bemannte Missionen jenseits der Erdumlaufbahn.

ESA-Astronaut Matthias Maurer: „Die von der ESA finanzierte und in Europa entwickelte Weltraumtechnologie ist ein entscheidender Schritt, um das Fachwissen der europäischen Industrie und Wissenschaft für die künftige bemannte und robotische Planetenerkundung zu stärken.“

Dr. Gernot Grömer, Direktor des Österreichischen Weltraum Forums: „Die Erkenntnisse von PExTex und BACTeRMA legen den Grundstein für zukünftige Entwicklungen in den Bereichen der antimikrobiellen Behandlung von Textilien und der Integration intelligenter Textiltechnologien.“ Sie unterstreichen die Rolle österreichischer Forschungspartner*innen wie des Österreichischen Weltraum Forums und des Vienna Textile Labs in diesem innovativen Forschungs- und Entwicklungs-Bereich. Zudem demonstrieren diese Projekte für die Textilindustrie die Machbarkeit und Bedeutung der Entwicklung innovativer Textilien mit speziellen Eigenschaften.
Das Österreichische Weltraum Forum integriert derzeit die neu entwickelten Textilien in seinen Raumanzug-Prototypen. Im März 2024 könnten diese Materialien im Rahmen von AMADEE-24, unserer Simulation einer astronautischen Marsmission in Armenien, ihrem ersten analogen Feldtest unterzogen werden.“

Rückkehr zum Mond
Über 50 Jahre nachdem die ersten Menschen die Mondoberfläche betraten, prüft die ESA eine Rückkehr zum Mond und später zum Mars und schlägt damit das nächste Kapitel der Weltraumforschung auf. Mit der Vision von Teams, die in zukünftigen Mondlaboren arbeiten werden, untersuchen Expert*innen Herausforderungen, die in diesen permanenten Habitaten und Labors auf der Mond- oder Marsoberfläche auftreten können. Eine dieser Herausforderungen ist die Entwicklung neuer Raumanzüge, die den Umweltbedingungen des Mondes standhalten und gleichzeitig das mikrobielle Wachstum auf Textilien reduzieren oder sogar verhindern können. Staub, Strahlung sowie mikrobielles Wachstum stellen eine erhebliche Bedrohung für die Gesundheit und Sicherheit von Astronaut*innen dar.

PExTex und BACTeRMA
Zwei von der ESA geförderte Projekte, die diese Probleme angehen, wurden in Zusammenarbeit mit dem Österreichischen Weltraum Forum (ÖWF) durchgeführt und kürzlich abgeschlossen: PExTex (Planetary Exploration Textiles) und BACTeRMA (Biocidal Advanced Coating Technology for Reducing Microbial Activity). BACTeRMA ist eine zweijährige Studie, die das PExTex-Projekt ergänzt. Basierend auf Missionsplanungen wie der NASA-geführten ARTEMIS-Initiative wurde eine Vielzahl möglicher Textilien auf ihre Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit hin untersucht, um potenzielle Materialien für einen zukünftigen Mond-Raumanzug zu finden. Das BACTeRMA-Projekt erforschte bio-inspirierte Technologien, um das mikrobielle Wachstum auf der Oberfläche der Innentextilien eines Raumanzugs zu reduzieren.

PExTex wurde von einem Konsortium aus DITF (Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung) und dem Österreichischen Weltraum Forum (ÖWF) unter der Leitung von COMEX SA umgesetzt. BACTeRMA wurde vom Österreichischen Weltraum Forum in Zusammenarbeit mit dem Vienna Textile Lab durchgeführt.

Gefahren durch Mondstaub und PExTex
Während der Apollo-17-Mission im Dezember 1972 hatten die NASA-Astronauten Gene Cernan und Harrison Schmitt nach mehr als 22 Stunden Außenbordeinsatz auf der Mondoberfläche Schwierigkeiten, ihre Arme und Beine in ihren Raumanzügen zu bewegen, weil Staub begonnen hatte, die Anzug-Gelenke zu blockieren. Als beide Astronauten wieder in die Mondlandefähre zurückkehrten, fehlten an einigen Stellen der Raumanzüge drei Schichten der Außenhaut, die durch Mondregolith abgerieben worden waren.

In Zukunft sollen Außenbordeinsätze länger dauern und deutlich häufiger durchgeführt werden als die der Apollo-Astronauten, was verbesserte Anzugkonzepte erfordert.

Das Projekt PExTex konnte neuartige Materialien für die Entwicklung von Raumanzügen in Europa identifiziert. Zudem wurde eine Teststrategie entwickelt, die Materialien auf ihre Mondtauglichkeit überprüfen kann. Im Rahmen des Projekts wurden die Materialien, die in Frage kommen, zahlreichen Tests wie extremen Temperaturen, ionisierender Strahlung, Ultrahochvakuum, elektrischen Entladungen, beschleunigter Alterung und Regolith-Abrieb unterzogen. Im Rahmen der Tests wurden die Textilien auch der Strahlung eines Teilchenbeschleunigers in der MEDAUSTRON-Anlage in Österreich ausgesetzt.

Das Industriekonsortium identifizierte eine Reihe vielversprechender Textilkombinationen, darunter Materialien, die während der Apollo-Mondmissionen noch nicht verfügbar waren, wie etwa Twaron und andere.

Gefahren des mikrobiellen Wachstums auf Textilien und BACTeRMA
Die Unterwäsche von Astronaut*innen könnte sich auf Langzeitmissionen zum Mond und darüber hinaus als Herausforderung erweisen: Während Wäschewaschen auf der Erde eine alltägliche Angelegenheit ist, wird die Verwendung von Waschmaschinen und Trocknern in einem Weltraumhabitat aus heutiger Sicht kaum praktikabel sein. Zudem planen die Raumfahrtbehörden durch die Einrichtung permanenter Forschungseinrichtungen auf dem Mond, Instrumente und Materialien dauerhaft in diesen Außenposten zu lagern. Zukünftige Mond-Raumanzüge werden über einen längeren Zeitraum dort bleiben und von verschiedenen Astronaut*innen genutzt werden. Die Lagerung von Raumanzügen (unter potenziell günstigen Bedingungen für Mikroorganismen) erhöht wiederum das Risiko des mikrobiellen Wachstums. Da Raumanzüge nicht regelmäßig gewaschen werden können, sind Lösungen zur Vermeidung des Mikrobenwachstums von entscheidender Bedeutung.

Das BACTeRMA-Projekt konzentrierte sich auf die Entwicklung biozider Textilverarbeitungstechniken wie beispielsweise das Färben mit bakteriellen Metaboliten, bei denen es sich im Grunde um Antibiotika handelt. Die entsprechend vorbereiteten Materialien wurden anschließend Strahlung, Regolithstaub und künstlichem Schweiß ausgesetzt, um ihre Haltbarkeit zu untersuchen. Durch umfangreiche Tests haben das Österreichische Weltraum Forum und das Vienna Textile Lab wertvolle Erkenntnisse über die Wirksamkeit und Eignung antimikrobieller Substanzen wie AM1 (Violacein) und AM2 (Prodigiosin) auf verschiedenen Textilmaterialien gewonnen. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt werden enorme Auswirkungen auf die Produktion der inneren Schichten von Raumanzügen und somit auf Astronaut*innen bei Langzeit-Weltraummissionen haben.

Über das Österreichische Weltraum Forum (ÖWF)
Das Österreichische Weltraum Forum (ÖWF) gehört im Bereich der Analogforschung weltweit zu den führenden Organisationen, die an der Vorbereitung astronautischer Erforschung anderer Planeten mitarbeiten. Expert*innen verschiedenster Disziplinen bilden innerhalb des ÖWFs die Basis für diese Arbeit. Gemeinsam mit nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen, Industrie und Unternehmen unterschiedlicher Branchen wird hier Forschung auf höchstem Niveau betrieben. Dabei nutzt das ÖWF seine ausgezeichneten Kontakte zu Meinungsbildner*innen, Politik und Medien, um österreichische Spitzenforschung und Technologie international voranzutreiben und bekanntzumachen. Das Österreichische Weltraum Forum ist zudem einer der wichtigsten Bildungsträger in Österreich, wenn es um Raumfahrt und darum geht, junge Menschen für Wissenschaft und Technik zu begeistern sowie ihnen einen Zugang zu dieser Branche zu ermöglichen. Neben der Betreuung von universitären Arbeiten bietet das ÖWF auch immer wieder Studierenden und Schüler*innen die Möglichkeit, im Rahmen von Praktika ihr Wissen zu erweitern.

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• Österreichisches Weltraum Forum (ÖWF)

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Quelle: TU Berlin 21. Juni 2022.

21. Juni 2022 – 3D-Druck auf dem Mond: Wissenschaftler*innen des Laser Zentrums Hannover e.V. (LZH) und der Technischen Universität (TU) Berlin planen einen Flug zum Mond, um dort mit Laserstrahlung Mondstaub aufzuschmelzen. Im Projekt MOONRISE möchte das Forscherteam der Frage nachgehen, wie wir zukünftig mit dem Laser Landeplätze, Straßen oder Gebäude aus Mondstaub fertigen können. Dazu wollen die Forscher*innen ein Lasersystem zur Mondoberfläche bringen, das den dort überall vorhandenen Gesteinsstaub schmilzt. Künstliche Intelligenz soll den Laserprozess dabei unterstützen. Ziel ist es zu zeigen, dass Laserschmelzen auf dem Mond funktioniert – und perspektivisch zur Herstellung von 3D-gedruckter Infrastruktur für eine Mondbasis genutzt werden kann.

Sowohl aus wissenschaftlicher wie auch aus wirtschaftlicher Sicht ist unser Erdtrabant ein begehrtes Ziel. So wollen nicht nur Milliardäre ihre gut zahlenden Gäste um den Mond fliegen, auch die europäische Weltraumorganisation ESA hat Pläne für ein „Moon Village“. Weiters würde sich die erdabgewandte Seite des Mondes für leistungsstarke Radioteleskope eignen. Außerdem machen die geringere Schwerkraft und das Fehlen einer Atmosphäre den Mond zu einer idealen Zwischenstation für den Aufbau von Missionen zu weiter entfernt liegenden Zielen im Weltraum. Wie aber sollen Startrampen, Landeplätze und Gebäude auf der Mondoberfläche entstehen? „Mit Kosten von bis zu einer Million Dollar pro Kilogramm wäre ein vollständiger Transport des Materials von der Erde auf den Mond extrem kostspielig“, erklärt Jörg Neumann, Projektleiter von MOONRISE am LZH.

Häuser aus Mondstaub
Pulverisiertes Mondgestein, auch Regolith genannt, ist auf dem Mond dagegen massenhaft vorhanden und könnte als Rohmaterial zum 3D-Druck verwendet werden. Das Nutzen und Verarbeiten von vor Ort vorhandenen Materialien wird in der Raumfahrt auch als In-Situ Resource Utilization (ISRU) bezeichnet – und könnte ein entscheidender Faktor sein, die Exploration des Mondes und des Weltraums voranzubringen.

Die Technologie wurde auf der Erde schon demonstriert
Die Grundlagen für das Vorhaben sind bereits gelegt. In dem von der VolkswagenStiftung geförderten Vorgängerprojekt hat das Forscherteam einen kompakten, robusten Laser entwickelt und im Labor erfolgreich am Roboterarm eines Mond-Rovers getestet. Außerdem gelang es den Wissenschaftler*innen, Regolith im Einstein-Elevator des „Hannover Institute of Technology“ (HiTEC) der Leibniz Universität Hannover unter Mondgravitation aufzuschmelzen. Jetzt geht es darum, den Laser fit für den Mondflug zu machen. Die Wissenschaftler*innen von LZH und TU Berlin wollen ein Flugmodell des Lasers entwickeln, das für den Einsatz im Weltraum qualifiziert ist.

Künstliche Intelligenz für den Einsatz auf dem Mond
Unterstützung erhält der Laser von künstlicher Intelligenz (KI). Eine Kamera wird auf dem Mond Fotos machen, die dann von den Forscher*innen auf der Erde mithilfe eines intelligenten Bildverarbeitungssystems ausgewertet werden. Das System soll bei der Analyse des mit dem Laser aufgeschmolzenen Mondstaubs helfen und den Wissenschaftler*innen auf der Erde so eine KI-basierte Prozess- und Qualitätskontrolle ermöglichen.

Mondlandschaft an der TU Berlin
Die große Herausforderung dabei: Die KI muss für den Mondeinsatz schon im Vorfeld trainiert werden. An der TU Berlin wird dazu ein Labor entstehen, in dem das Regolith unter Beleuchtungsverhältnissen fotografiert wird, die denen auf dem Mond nachempfunden sind. So wird ein entsprechender Pool an Bildern angelegt, mit denen die KI lernen kann. „Zudem wurde über die letzten Jahre ein Regolithbaukasten entwickelt, der es ermöglicht, die verschiedenen möglichen Landestellen von den Eigenschaften her präzise nachzustellen. Dieser wird im Projekt dann an die finale Landestelle auf dem Mond angepasst, sodass im Labor der Laser und die KI auf die reale Mondmission hin ausgerichtet werden können“, erklärt Benedict Grefen von der Arbeitsgruppe „Exploration und Antriebe“ im Fachgebiet Raumfahrttechnik (RFT) der TU Berlin. Das auf diese Weise entstandene „Oberflächenanalogmodell“ wird dann auch während der Mission die Entscheidungen unterstützen.

Flug zum Mond im Jahr 2024
Das Projekt MOONRISE-FM hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit 4,75 Millionen Euro gefördert. Projektträger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Der Start der Mission ist für das Jahr 2024 geplant.

Anmerkung der Raumfahrer.net Redaktion
Entgegen der üblichen Vorgangsweise, bei uns freundlicherweise zur Weiterveröffentlichung freigegebenen Artikeln, den Wortlaut der Originalautoren zu schützen sahen wir uns veranlasst den Satzteil „Denn die stets dunkle Rückseite des Mondes würde sich für leistungsstarke Weltraumteleskope eignen,“ auf den Satz „Weiters würde sich die erdabgewandte Seite des Mondes für leistungsstarke Radioteleskope eignen.“ zu ändern.

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• 3D-Drucker in der Raumfahrt

Der Beitrag LZH und TU Berlin: Mit Lasern Mondstaub aufschmelzen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA, computerweekly.com.

Im Hinblick auf die neuerlich geplanten bemannten amerikanischen Mondlandungen ist der Mondstaub wieder in den Fokus geraten, nachdem sich in den 1970ern niemand besonders für die damaligen Messergebnisse interessiert hatte. Der Mondstaub könnte das am schwierigsten zu beherrschende Umweltproblem auf dem Mond sein.

Bevor die Mondlandungen stattgefunden hatten, glaubte man, dass der Aufstieg des Lunar Modules LM nach einem Mondaufenthalt eine erhebliche Staubschicht auf zurückgelassenen Anlagen mit Experimentierausrüstung hinterlassen würde. Dass derartiges passieren könnte, schrieb man seinerzeit außerdem unbekannten Langzeiteinflüssen zu. Nachdem man auf dem Mond kurze Zündungen der Triebwerke unbemannter Surveyor-Lander vorgenommen hatte, um das Verhalten des Mondstaubes besser einschätzen zu können, zeichnete sich ab, dass sich Staubansammlungen nicht so rasch aufbauen würden wie zunächst angenommen.

Daraufhin wurde der Mondstaubdetektor entwickelt, der bei den Apollomissionen 11, 12, 14 und 15 zum Einsatz kam. Bei Apollo 11 war der Detektor am passiven seismischen Experimentierpaket (EASEP, Early Apollo Scientific Experiments Package) montiert.

Gemessen wurde die Leistungsabgabe eines Satzes von Solarzellen. Die Leistungsabgabe nahm langsamer als erwartet ab, die Staubansammlung auf dem Detektor war geringer als vorausgesehen. So konnte der Detektor auch verwendet werden, um die durch Strahlung und Temperatureffekte verursachte Degradation der verwendeten Solarzellen über längere Zeit zu beobachten, was insbesondere bei den Missionen 14 und 15 möglich war. Bei Apollo 12 wurde die zuerst entwickelte Originalversion des Detektors benutzt.

Entsprechend seiner Nutzung wurde das Experiment auch DTERM, Dust, Thermal and Radiation Engineering Measurements package genannt. Ab Apollo 12 war das Experiment Teil des Apollo Lunar Surface Experiments Package, abgekürzt ALSEP, einer komplexen Kombination von auf der Mondoberfläche aufzubauenden Mess-, Registrier- und Kommunikationsausrüstung, die von einem RTG, einem Radioisotopengenerator vom Typ Snap 27 mit etwa 70 Watt Leistung mit Strom versorgt wurde. DTERM bestand aus zwei zentralen Komponeten, einem Sensorpaket, das in einem eigenen Gehäuse oben auf der Central Station von ALSEP montiert war, und einer Elektronik in der Central Station, welche die Verbindung mit einem Messdatenvorverstärker und der Energieversorgung besorgte.

Im Sensorpaket waren drei Siliziumsolarzellen mit je zwei Quadratzentimetern Fläche eingebaut, die Spannungen zwischen Null und 150 Millivolt abgeben konnten. Zwei der Zellen waren mit einem blauen Filterglas versehen, das die Zellen vor Partikel und ultravioletter Strahlung schützte. Eine der beiden geschützen Zellen war zuvor mit einer definierten Menge von Elektronen ganz bestimmter Energie bestrahlt worden. Die dritte der Zellen war weder von einem Filterglas geschützt, noch zuvor bestrahlt. Zusätzlich waren drei Temperatursensoren vorhanden, von denen einer direkt bei den Solarzellen montiert war, ein weiterer innen an der Sensorgehäusewand, und einer außen an der Sensorgehäusewand.

Die Ausgangspannungen der einzelnen Solarzellen und die Messwerte der Temperatursensoren wurden als eine Funktion der Zeit während des Mondtages aufgezeichnet, zur Erde übermittelt, und bei der NASA in den Vereinigten Staaten sowie in Australien an der Universität von Sydney auf den bereits erwähnten Magnetbändern aufgezeichnet. Im Falle der seit 5. Februar 1971 betriebenen Central Station von Apollo 14 wurden die letzten Daten 1976 empfangen, bevor das ALSEP von Apollo 14 im Januar 1976 seine Arbeit einstellte.

Nachdem jetzt die Aufzeichnungen der Messdaten für die NASA erneut verfügbar sind, will man versuchen, die Bänder mit einem heute sehr selten gewordenen IBM729-Mark-V-Bandlaufwerk aus den 1960ern, das man von einem Australischen Computermuseum zur Verfügung gestellt bekommt, auszulesen, damit die Daten einer weiteren Verwendung zugeführt werden können. SpectrumData, ein Unternehmen, das sich unter anderem mit Datenwiederherstellung beschäftigt, will das IBM729-Mark-V-Bandlaufwerk im Januar 2009 so weit gereinigt und gewartet haben, dass ein Auslesen der 173 Bänder versucht werden kann. Sofern das ohne besondere Vorkommnisse möglich ist, wird es etwa eine Woche dauern, bis alle Daten transferiert sind.

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Ein Beitrag von Julian Schlund. Quelle: NASA Science. Veertont von Julian Schlund.

Fühle ihn – er ist weich wie Schnee, und doch ruppig.
Schmecke ihn – laut Apollo 16-Astronaut John Young „gar nicht so übel“.
Schnüffle ihn – er riecht wie verbrauchtes Schießpulver.

Wie schnüffelt man Mondstaub?
Alle Apollo-Astronauten taten es. Natürlich nicht, indem sie ihre Nasen an die Mondoberfläche hielten. Aber nach jedem Mondspaziergang haben sie, zurück in der Landekapsel, immer ein wenig Mondstaub mit hinein geschleppt. Mondstaub ist unglaublich klebrig und haftet an Stiefeln, Handschuhen und an allen anderen Stoffen, die mit ihm in Berührung kommen. Egal, wie sehr die Astronauten versuchten, ihre Anzüge vom lästigen Staub zu säubern, bevor sie wieder in die Kabine eintraten… ein wenig (und nicht selten ein wenig viel) Staub schaffte immer den Weg ins Innere.

Sobald die Astronauten ihre Helme und Handschuhe ausgezogen hatten, konnte die Crew den Mond spüren, riechen und sogar schmecken.

Die Erfahrung brachte dem Apollo 17-Astronauten Jack Schmitt auch gleich den ersten außerirdischen Heuschnupfen in der Geschichte der Menschheit ein. „Er [der Heuschnupfen] kam ziemlich schnell“, meldete er Houston mit einer verstopften Stimme. Jahre später erinnert er sich: „Als ich meinen Helm nach dem ersten Weltraumspaziergang abnahm, hatte ich gleich eine heftige Reaktion auf den Staub. Meine Schleimhäute schwollen an.“
Stunden später, nach dem dritten Weltraumspaziergang, lies das Gefühl nach: „Es trat auch nach dem zweiten und dritten EVA [= Außenbordeinsatz] auf, aber viel weniger stark. Ich denke, ich habe eine Art Immunität entwickelt.“

Andere Astronauten bekamen keinen Heuschnupfen. „Oder gaben es nicht zu“, scherzt Schmitt. „Die Piloten meinen, wenn sie ihre Symptome kundtun, dürfen sie nicht mehr starten.“ (Im Gegensatz zu den anderen Astronauten besaß Schmitt keine Testpilot-Vergangenheit.)

Schmitt gesteht, er habe empfindliche Schleimhäute: „Die Petrochemikalien in Houston machten mich schon verrückt und zwangen mich des öfteren zu einer Zigarette.“ Er hält es deswegen für plausibel, dass die anderen Astronauten weniger stark als er auf den Mondstaub reagiert haben.

Aber auch sie reagierten, und zwar auf den Geruch:

„Es ist wahrlich ein strenger Geruch“, funkte Apollo 16-Pilot Charlie Duke. „Es hat für mich diesen Geschmack – Schießpulver, und auch den Geruch von Schießpulver.“ In der nächsten Mission, Apollo 17, merkte Gene Cernan unabhängig von der Aussage Dukes an, es würde riechen, als hätte jemand gerade eben eine Kugel mit einem Karabiner [franz. Militär-Gewehr] abgefeuert.“
Schmitt erläutert, dass „alle Apollo-Astronauten im Umgang mit Handfeuerwaffen geschult waren“. Wenn sie also sagten, Mondstaub würde nach Schießpulver riechen, dann wussten sie auch, wovon sie sprachen.

Um klar zu werden: Mondstaub und Schießpulver haben eigentlich nichts gemein. Modernes, rauchfreies Schießpulver besteht aus einer Mischung von Nitrozellulose (C6H8(NO2)2O5) und Nitroglycerin (C3H5N3O9). Dies sind entzündbare organische Moleküle, die „nicht im Mondboden gefunden wurden“, wie Gary Lofgren vom Lunar Sample Laboratory am Johnson Space Center der NASA erläutert. Hält man ein Streichholz an Mondstaub, geschieht absolut nichts, zumindest nichts Explosives.

Woraus aber besteht Mondstaub? Nahezu die Hälfte davon ist Siliziumdioxid-Glas, was nur von den enormen Kräften eines Meteoriteneinschlags auf den Mond herrühren kann. Solche Einschläge schmelzen den Oberboden zu Glas und zersplittern selbiges in winzige Teilchen. Mondstaub ist auch reich an Eisen, Calcium und in Mineralien gebundenem Magnesium wie zum Beispiel Olivin oder Pyroxen.
Und wieso der Geruch? Eins vorweg: niemand weiß es genau…

ISS-Astronaut Don Pettit war zwar selbst noch nie auf dem Mond, interessiert sich aber für Gerüche im Weltraum und bietet eine mögliche Erklärung:

„Man stelle sich vor, man befände sich in einer Wüste auf der Erde“, sagt er, „was riechst du? Nichts. Bis es anfängt, zu regnen. Die Luft ist auf einmal voller süßer, torfiger Gerüche.“ Wasser, das am Boden verdunstet, befördert Moleküle in deine Nase, die davor monatelang in dem trockenen Boden eingeschlossen waren.

Gut vorstellbar, dass es sich auf dem Mond ähnlich verhält.

„Der Mond ist wie eine vier Milliarden Jahre alte Wüste“, führt er vor Augen. „Es ist unglaublich trocken. Wenn Mondstaub dann in Kontakt mit der feuchten Luft des Landemoduls gelangt, kommt es zum ‚trockene Wüste’-Effekt – und einigen wundervollen Düften.“ (Nur um das einmal festzuhalten: Don Pettit hält den Geruch von Schießpulver für einen großartigen Duft.)

Gary Lofgren hat eine ähnliche Idee: „Die freiwerdenden Gase des Mondstaubs stammen vielleicht vom Sonnenwind.“ „Im Gegensatz zur Erde“ (mit deren schützendem Magnetfeld), erklärt er weiter, „ist der Mond dem heißen Wind von Wasserstoff-, Helium- und anderen Ionen ausgesetzt, die von der Sonne ausgestoßen werden. Diese Ionen treffen auf die Mondoberfläche und werden dort im Staub eingeschlossen.

Es ist eine labile Situation. „Die Ionen werden leicht durch Fußstapfen mitaufgewirbelt und würden beim Kontakt mit der warmen Luft in der Mondfähre verdunsten. Sonnenwind-Ionen, die sich mit der Atmosphäre in der Kabine vermischen … wer weiß, welche Gerüche das produziert.

Will man also Sonnenwind schnuppern, dann auf zum Mond!

Schmitt hat dazu noch eine Idee: Der Geruch, gar erst die Reaktion zu diesem, könnte ein Zeichen dafür sein, dass Mondstaub chemisch aktiv ist.

„Man beachte, wie Mondstaub aufgebaut ist“, meint er. „Meteoriten treffen den Mond, reduzieren dabei Steine zu schroffem Staub. Es ist ein Prozess des Hämmerns und Zertrümmerns.“ Gebrochene Moleküle mit losen Bindungsstellen (um es auch für alle Nicht-Chemiker verständlich zu machen), also freien Bindungselektronen, befinden sich dann im Staub. Ihnen fehlt ein atomarer Partner.

Was passiert nun, wenn man Mondstaub einatmet? Die Ionen suchen sich die passenden Bindungspartner in den Membranen unserer Nase. Man bekommt eine verschnupfte Nase und nimmt fremdartige Gerüche wahr. Später, wenn alle Ionen in Bindungen übergetreten sind, lassen die Empfindungen langsam nach.

Ein weitere mögliche Erklärung ist, dass Mondstaub in der Sauerstoffatmosphäre der Mondfähre oxidiert, also quasi verbrennt. „Sauerstoff ist sehr reaktionsfreudig,“ erläutert Lofgren, „und würde sich gerne mit den losen Bindungsstellen des Mondstaubs kombinieren“. Obwohl die Reaktion zu langsam verläuft, um Rauch oder Flammen auszulösen, könnte die Oxidation des Mondstaubs durchaus Aromen wie das verbrauchten Schießpulvers produzieren. (Anmerkung: Unentzündetes und verbrauchtes Schießpulver riecht nicht gleich. Apollo-Astronauten waren allerdings spezifisch: Mondstaub riecht nach verbrauchtem Schießpulver.)

Auf der Erde kein Geruch?
Kurioserweise besaß der Mondstaub auf der Erde keinen Geruch mehr. Es liegen hunderte Gramm von Mondstaub am Lunar Sample Lab in Houston. Dort hielt Lofgren erst vor kurzem staubiges Mondgestein in seinen Händen. Er roch daran, an seinen Händen, aber „es roch nicht nach Schießpulver“, sagt er.

Haben sich die Apollo-Crews Dinge eingebildet? Nein. Lofgren und andere haben für das Phänomen eine bessere Erklärung:

Der Mondstaub hat sich auf der Erde ‚beruhigt’. Jede der Proben, die von den Apollo-Astronauten zurückgebracht wurden, war bereits in Kontakt mit feuchter, Sauerstoff-reicher Luft. Jene Aroma-produzierenden chemischen Reaktionen (oder Verdunstungen) endeten schon lange davor. Die Begründung? Die Container, in denen die Proben vakuumdicht gelagert werden sollten, haben aufgrund der Schroffheit des Mondstaubs nicht dicht gehalten. Die Dichtung wurde quasi durchschnitten. Daduch gelangten Sauerstoff und Wasserdampf zum Mondstaub und es kam zur Reaktion. Der entstehende Geruch verflüchtigte sich auf der dreitägigen Reise zurück zur Erde.

Schmitts abschließende Meinung zum Mysterium um den Mondstaub lautet wie folgt: „Wir müssen den Staub an Ort und Stelle untersuchen – auf dem Mond.“ Nur dort kann man dessen Eigenschaften vollständig und isoliert studieren.

Die NASA wird im Jahre 2018 voraussichtlich wieder Menschen zum Mond schicken. Schon jetzt steht fest, dass die Astronauten im Vergleich zu den Apollo-Missionen wesentlich länger auf dem Mond bleiben und bessere Geräte zur Verfügung haben werden. Beste Vorraussetzungen, um neben vielen anderen offenen Fragen auch das Rätsel um den eigenartigen Geruch des Mondstaubs zu lösen. Bis dahin dürfen wir gespannt sein, welche Überraschungen uns wohl erwarten werden.

Der Beitrag Der rätselhafte Geruch von Mondstaub erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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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