Wasser auf dem Mond

In den vergangenen Jahren ließen sich zwar Hinweise für Wasser auf dem Mond finden. Doch der endgültige Beweis stand bislang noch aus. Mit der fliegenden Sternwarte SOFIA war ein Forscherteam nun erstmals in der Lage, zweifelsfrei Wassermoleküle am Südpol des Erdtrabanten nachzuweisen. Eine weitere Gruppe zeigte mithilfe theoretischer Modelle, dass ein beachtlicher Teil des Wassers in bislang übersehenen „Kältefallen“ – wie etwa dem Schatten von kleinen Felsbrocken – verborgen sein könnte. Damit ließe es sich für die Versorgung künftiger Mondstationen nutzen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Astronomy“.

Die Rotationsachse des Erdtrabanten steht nahezu senkrecht zur Umlaufbahn des Erde-Mond-Systems um die Sonne. Infolgedessen gibt es an seinem Nord- und Südpol zahlreiche Regionen, die im ewigen Schatten liegen – möglicherweise bereits seit mehreren Hundert Millionen Jahren. An diesen Stellen könnte sich Wasser abgelagert haben, das beispielsweise durch Kometen zum Mond gelangte. Um diesen Verdacht zu überprüfen, untersuchten Wissenschaftler von der Oberfläche ausgehende Wärmestrahlung. Und tatsächlich ließen sich in den von Raumsonden aufgenommenen Spektren für Wasserstoff typische Spuren feststellen. Bislang war jedoch unklar, ob es sich um Wasser oder um Hydroxyl – die Verbindung aus einem Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom – handelt, erläutern Casey Honniball von der University of Hawaiʻi und ihre Kollegen.

Ewiger Schatten am Südpol des Mondes

Mit dem Infrarotteleskop SOFIA an Bord einer umgebauten Boeing 747 gelang den Wissenschaftlern nun der eindeutige Nachweis von Wasser: In den am Südpol aufgezeichneten Daten identifizierten sie eine Signatur, die sich nur durch die von schwingenden Wassermolekülen ausgehende elektromagnetische Strahlung erklären lässt. Die Forscher um Honniball vermuten, dass sich das gefrorene Wasser in Lücken zwischen dem Mondgeröll befindet und teilweise in Glaspartikel eingeschlossen ist.

Bisher hatten Astronomen spekuliert, dass sich Wasser auf dem Mond vor allem in den Schatten großer Krater ablagern würde. Paul Hayne von der University of Colorado in Boulder und seine Kollegen haben jetzt untersucht, welche Rolle kleinere Kältefallen spielen. Dafür entwickelten die Forscher ein Computermodell der Mondoberfläche, das Schatten im Bereich von einem Kilometer bis hinab zu einem Zentimeter umfasst. „Das ist die kleinste Größe, für die eine Kältefalle für Wasser effektiv ist“, so Hayne. Denn weniger als einen Zentimeter messende Schatten werden zu stark von der Umgebung erwärmt.

Die Simulationen zeigen, dass auch kleinere Schatten erheblich zur Gesamtmenge an Wasser beitragen können – und zwar sowohl am Südpol als auch am bislang als wasserarm angesehenen Nordpol des Erdtrabanten. Insgesamt errechnen Hayne und seine Kollegen eine Fläche von 40 000 Quadratkilometern, die im ewigen Schatten liegt. Das ist nahezu doppelt so viel wie bislang vermutet. Vierzig Prozent dieser Regionen liegen der Studie zufolge am Nordpol. „Die Wasserreservoire sind damit weitläufiger verteilt als gedacht“, so Hayne, „und für künftige Missionen auf dem Mond besser erreichbar als angenommen.“