Während der Apollo-Ära führten Astronauten wichtige wissenschaftliche Operationen auf dem Mond durch, darunter auch, Proben von Mondgestein zur Untersuchung zur Erde zurückzubringen. Dank der Untersuchung dieser Gesteine konnten Wissenschaftler viel über die Entstehung und Entwicklung des Mondes lernen und sogar Hinweise auf Mondwasser finden. In den kommenden Jahren, wenn die NASA Astronauten im Rahmen von Projekt Artemis , mehr Proben werden zurückgegeben.
Vor kurzem forderte die NASA wissenschaftliche Weißbücher, die ihnen helfen sollen, einen Rahmen für die Art von wissenschaftlichen Operationen zu entwerfen, die die Artemis-Astronauten durchführen werden. Entsprechend ein Vorschlag , sollten die Artemis-Astronauten nicht nur Proben von Mondregolith oder Gesteinen, sondern auch Mondeis mitbringen. Indem sie sie hier auf der Erde untersuchen, können Wissenschaftler möglicherweise endlich das Rätsel lösen, woher das Wasser des Mondes stammt.
Dieser Vorschlag war Gegenstand eines Weißbuchs, das dem Artemis Science Definition Call , mit dem Titel „ Mondnahe flüchtige Probenrückgabe .“ Der Hauptautor des Artikels war Igor Aleinov, Associate Research Scientist an der Columbia University Zentrum für Klimasystemforschung (CCSR) und der NASA Goddard Institute for Space Sciences (GISS).
Orion ist das Raumschiff der NASA zur Erforschung des Weltraums, das Astronauten von der Erde zum Mond und sicher nach Hause bringen wird. Bildnachweis: Lockheed Martin
Um es aufzuschlüsseln, haben Wissenschaftler spekuliert, dass auf dem Mond seit den Tagen des Weltraumrennens Eis existieren könnte. Dieses Eis, argumentierten sie, könnte von Kometen abgelagert worden sein oder durch Wechselwirkungen zwischen Wasserstoff (aus Sonnenwind) und sauerstoffreichen Gesteinen erzeugt werden. Es dauerte bis in die 1990er Jahre, und die Mondsucher Raumschiff, dass die ersten klaren Beweise für Mondwasser entdeckt wurden.
Diese 1998 gestartete NASA-Mission verbrachte über eineinhalb Jahre damit, die gesamte Oberfläche des Mondes zu kartieren und hohe Konzentrationen von Wasserstoff im Regolith in der Nähe der Polarregionen in einer Tiefe von einem Meter (~3.3 ft) zu entdecken. Diese Ergebnisse wurden von Indiens Chandrayaan-1 Orbiter im Jahr 2008 und die Mondaufklärer-Orbiter (LRO) im Jahr 2009, insbesondere in den permanent beschatteten Kratern im Südpol-Aitken-Becken des Mondes.
Kurz darauf ist die Mondkrater-Beobachtungs- und Sensorsatellit (KREUZ)wurde zum Mond geschickt und traf im südlichen Cabeus-Krater ein. Spektren, die von den resultierenden Trümmern erhalten wurden, zeigten Wasserkonzentrationen von bis zu ~ 5 Gew.-% sowie eine Fülle anderer flüchtiger Stoffe wie Schwefelwasserstoff (H2S), Kohlenmonoxid (CO) und Ammoniak (NH3).
Allerdings bleiben Herkunft, Verteilung, Tiefe und Volumen des Mondwassers unbeantwortete Fragen. Wissenschaftler sind sich beispielsweise nicht sicher, ob Sonnenwind, Impaktoren mit hohem Anteil an flüchtigen Stoffen oder vulkanische Ausgasungen hauptsächlich dafür verantwortlich sind. Sie anzusprechen ist bei allen Vorschlägen, in naher Zukunft menschliche Außenposten im Südpol-Aitken-Becken zu errichten, noch wichtiger geworden.
Zeitleiste des NASA-Projekts Artemis. Bildnachweis: NASA
Wie Aleinov Universe Today per E-Mail sagte:
„Eine zuverlässige (und wirtschaftlich vertretbare) Wasserquelle ist für einen langfristigen menschlichen Außenposten auf dem Mond von entscheidender Bedeutung. Man braucht Wasser für die alltäglichen menschlichen Aktivitäten und für die Produktion von Nahrungsmitteln. Aber was noch wichtiger ist, man kann Wasser als Quelle für Raketentreibstoff nutzen, indem man es in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Die Kenntnis der Herkunft des Mondwassers wird den Menschen helfen, effizienter nach seinen Quellen zu suchen.
'Wenn es zum Beispiel vulkanischen Ursprungs ist, müssen wir in ältere Krater schauen und bis zu einer ausreichenden Tiefe (2-5 Meter) graben. Wenn es von Kometen geliefert wurde, ist das Alter des Kraters weniger wichtig und wir können Kisten nach dem Zufallsprinzip nach Wasser in der Nähe der Oberfläche suchen, was einfacher zu abbauen wäre.
'Wenn die Hauptquelle des Wassers schließlich Sonnenwind ist, ist es wahrscheinlicher, dass es gleichmäßig über die abgeschatteten Krater verteilt wird. Aber seine Konzentration im Mondregolith wird geringer sein als in den anderen beiden Fällen. In diesem Fall wäre es also sinnvoller, mehr Ressourcen in effiziente Bergbautechnologien zu investieren, anstatt nach reichhaltigen Lagerstätten zu suchen.“
Die drei Top-HLS-Konzepte für das Projekt Artemis der NASA. Bildnachweis: NASA
Aleinov und seine Kollegen hoffen, dass eine Artemis-Mission, die eine Mondeisprobenrückgabe beinhalten könnte, diese Geheimnisse anspricht. Für den Anfang hoffen sie, dass wir zusätzlich zu seiner Quelle erfahren können, warum es so verteilt wird, wie es auf dem Mond ist. Auf Merkur, der auch in seinen Polarregionen PSRs aufweist, ist Wassereis gleichmäßig in seinen Kratern verteilt. Wie Aleinov erklärte, ist der Mond ein anderer Fall:
„Nicht alle schattigen Krater haben Oberflächenwasser. Wo es beobachtet wird, ist es fleckig und weniger häufig. Aber wir beobachten durch die Neutronenspektroskopie erhebliche Mengen an unterirdischem Wasser. Die Geschichte des Mondwassers ist also komplizierter. Kam es aus anderen Quellen als auf Merkur? Warum haben einige ansonsten ähnliche Krater Oberflächenwasser und andere nicht? Wie viel Wasser haben wir eigentlich auf dem Mond? Auf diese Fragen haben wir noch keine zufriedenstellenden Antworten.“
Der Grund, warum diese Fragen unbeantwortet geblieben sind, liegt an einem einfachen Zugangsproblem. Alle Mondproben, die von den Apollo-Astronauten und Robotermissionen zur Probenrückgabe gesammelt wurden, stammen von Orten, die weit von den Polen entfernt sind. Daher stammen alle Daten, die wir über das Wasser des Mondes haben, aus der Fernerkundung.
Aber über die Lage und räumliche Verteilung von Wasserflecken hinaus, sagt Aleinov, gibt es so viel, was wir über das Wasser des Mondes nicht wissen. Dazu gehört seine vertikale Verteilung (d. h. ob es unterhalb einer Tiefe von 1 Meter existiert oder nicht) oder sein Isotopengehalt, der je nach Quelle unterschiedlich wäre. Kurz gesagt, wir haben nicht die Daten, die wir brauchen, um die Quelle oder den Reichtum des Mondwassers zu bestimmen.
Illustration von Artemis-Astronauten auf dem Mond. Credits: NASA
Hier kann Project Artemis eine noch größere Wirkung erzielen. Zusätzlich zu ihren regulären wissenschaftlichen Operationen auf der Mondoberfläche (einschließlich Probenrückgaben) haben die Astronauten, die an derArtemis IIIMission (oder später bemannte Missionen) in der Lage sein, Mondeisproben in bekannte Tiefen zu untersuchen und zu beschaffen.
Dies, sagt Aleinov, wird es Wissenschaftlern auf der Erde ermöglichen, den Zeitpunkt der Ablagerung des Wassers und seinen Isotopengehalt zu erfahren, wodurch sie wissen, woher es kommt:
„Von besonderem Interesse werden Proben aus tieferen (2-5 m) Regolithschichten sein. Die Proben aus dieser Tiefe repräsentieren ungestörte Lagerstätten von vor ~3,5 Milliarden Jahren. Dies ist eine Periode der höchsten vulkanischen Aktivität und solche Proben werden uns sagen, wie viel vulkanisches Wasser tatsächlich in die Polarregionen geliefert wurde und ob dies eine Hauptquelle für Mondwasser ist.
„Außerdem werden uns die Wasserverteilung in solchen Proben und die Konzentrationen anderer flüchtiger Stoffe viel über die Entwicklung des Mondes zu dieser Zeit sagen. Insbesondere werden wir die Stärke und Häufigkeit von Vulkanausbrüchen besser verstehen, welche Art von Atmosphäre sie bilden könnten und welche Rolle eine solche vorübergehende Atmosphäre in der Geschichte des Mondes spielen könnte.“
Künstlerische Illustration des neuen Raumanzugs, den die NASA für Artemis-Astronauten entwirft. Es heißt xEMU oder Exploration Extravehicular Mobility Unit. Bildquelle: NASA
Dieser und andere Vorschläge werden derzeit vom Science Definition Team (SDT) der NASA, einem Gremium der NASA, geprüft Abteilung Planetologie der NASA Direktion Wissenschaftsmission (SMD). Der Call for White Papers wurde am 25. Oktober 2019 eröffnet und Anfang dieses Monats (am 8. September) geschlossen. Wenn Astronauten 2024 zum Mond zurückkehren (Artemis III) werden einige dieser Vorschläge in ihre Aktivitätenliste aufgenommen.
Zu den Co-Autoren der Studie gehörten Michael J. Way, ein Forscher am Goddard Institute for Space Sciences; Christopher W. Hamilton von der Mond- und Planetenlabor an der Universität von Arizona; und James W. Head, Louis and Elizabeth Scherck Distinguished Professor of Geological Sciences an der Brown University.
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