Seit Jahrzehnten spekulieren Astronomen, dass es Wasser auf dem Mond geben könnte. In den letzten Jahren wurde diese Spekulation von einem umlaufenden Satellit nach dem anderen bestätigt, der Wassereis um die südliche Polarregion des Mondes entdeckte. Innerhalb dieses Teils der Mondoberfläche, bekannt als Südpol-Aitken-Becken , Wassereis kann aufgrund der vielen permanent beschatteten Krater, die sich dort befinden, bestehen bleiben.
Doch bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass Mondwasser nur in permanent beschatteten Kratern zu finden sei. Aber dank der NASA Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (SOFIA), Wasser wurde auf der sonnenbeschienenen Seite des Mondes beobachtet zum ersten Mal. Diese Entdeckung deutet darauf hin, dass Wasser über die gesamte Mondoberfläche verteilt sein kann und nicht auf die dunklen Ecken beschränkt ist.
Die Studie, die ihre Ergebnisse beschreibt, ist kürzlich in der Zeitschrift erschienen Naturastronomie .Die Studie wurde von Casey Honniball geleitet, einem Postdoktoranden der NASA an der Institut für Geophysik und Planetologie der Universität von Hawaii , und schlossen Mitglieder aus der Institut für Weltraumwissenschaften (SSI), die Georgia Institute of Technology , das Labor für angewandte Physik der Johns Hopkins University (JHUAPL), und Goddard Space Flight Center der NASA .
SOFIA ist im Wesentlichen ein modifiziertes Boeing 747SP-Flugzeug, das mit einem 2,7-Meter (106-Zoll) Infrarot-Teleskop ausgestattet ist. Mit einer Service-Obergrenze von 11.600 bis 13.700 Metern (38.000 bis 45.000 Fuß) ist SOFIA in der Lage, über 99 % der Infrarot-blockierenden Atmosphäre der Erde zu fliegen und mit seinem . nach ansonsten schwachen Objekten zu suchen Infrarotkamera für schwache Objekte für das SOFIA-Teleskop (FORCAST).
Als Dr. Honnibal und ihre Kollegen mit SOFIA den Mond beobachteten, bemerkten sie die Anwesenheit von Wassermolekülen (H2O) im zweitgrößten von der Erde aus sichtbaren Krater. Dies ist als Clavius-Krater bekannt, der sich auf der Südhalbkugel des Mondes befindet und einen Durchmesser von 231 km (143,5 mi) und eine Tiefe von 3,5 km (2 mi) misst.
Wie Paul Hertz, Direktor der Abteilung Astrophysik im Science Mission Directorate (SMD) der NASA, kürzlich in einer NASA-Erklärung :
„Wir hatten Hinweise, dass H2O – das bekannte Wasser, das wir kennen – könnte auf der sonnenbeschienenen Seite des Mondes vorhanden sein. Jetzt wissen wir, dass es da ist. Diese Entdeckung stellt unser Verständnis der Mondoberfläche in Frage und wirft faszinierende Fragen zu Ressourcen auf, die für die Erforschung des Weltraums relevant sind.“
Während frühere Beobachtungen Spuren von Wasserstoff in diesem Krater entdeckt hatten, konnten sie jedoch nicht feststellen, ob es sich um Wasser oder Hydroxyl (OH) handelte. Diese Chemikalie bildet sich, wenn sich molekularer Sauerstoff im Mondregolith mit Wasserstoffatomen verbindet, die das Ergebnis von geladenen Teilchen (Protonen) sind, die von der Sonne (Sonnenwind) ausgehen und auf ihrer Reise durch den Weltraum Elektronen aufnehmen.
Höhendaten des Mondes, die das Südpol-Aitken-Becken zeigen. Bildnachweis: NASA/GSFC/University of Arizona
Mit dem FORCAST-Teleskop konnten Honnibal und ihr Team diese Feststellung treffen, da der von ihnen entdeckte Wasserstoff eine spezifische Wellenlänge hatte, die für Wassermoleküle einzigartig ist (6,1 Mikrometer). Wie Hannibal erklärte:
„Vor den SOFIA-Beobachtungen wussten wir, dass es eine Art Flüssigkeitszufuhr gibt. Aber wir wussten nicht, wie viel, wenn überhaupt, tatsächlich Wassermoleküle waren – wie wir jeden Tag trinken – oder so etwas wie Abflussreiniger… Ohne eine dicke Atmosphäre sollte Wasser auf der sonnenbeschienenen Mondoberfläche einfach an den Weltraum verloren gehen. Aber irgendwie sehen wir es. Etwas erzeugt das Wasser, und etwas muss es dort einschließen.“
Die von SOFIA erhaltenen Daten zeigten Wasserkonzentrationen von 100 bis 412 Teilen pro Million (ppm) in einem einzigen Kubikmeter Boden, der über die Mondoberfläche verteilt ist. Dies entspricht etwa einer 350-ml-Flasche (12 oz) und ist etwa 100-mal weniger Wasser, als die Wüste Sahara besitzt. Trotz dieser geringen Wassermenge ist die Entdeckung von großer Bedeutung, da sie neue Fragen über die Herkunft des Mondwassers und seinen Fortbestand aufwirft.
Darüber hinaus hat dieser Fund Auswirkungen auf die Mondforschung, insbesondere wenn es um Langzeitmissionen und Mondlebensräume geht. Im Rahmen Projekt Artemis strebt die NASA die Einrichtung eines Programms zur „nachhaltigen Monderkundung“ an, das eine Basis rund um die südliche Polarregion umfassen wird. Das Vorhandensein von Wassereis sichert nicht nur die Trinkwasserversorgung, sondern könnte auch zur Herstellung von Treibmitteln verwendet werden.
„Wasser ist eine wertvolle Ressource, sowohl für wissenschaftliche Zwecke als auch für unsere Entdecker“, sagte Jacob Bleacher, leitender Explorationswissenschaftler des Human Exploration and Operations Mission Directorate der NASA. „Wenn wir die Ressourcen auf dem Mond nutzen können, können wir weniger Wasser und mehr Ausrüstung transportieren, um neue wissenschaftliche Entdeckungen zu ermöglichen.“
Eine Nahaufnahme von SOFIAs Teleskop und Hauptspiegel. Bildnachweis: NASA/Tom Tschida
Dieser Fund ist auch deshalb bedeutsam, weil er den Höhepunkt jahrzehntelanger Forschung darstellt. Als die Apollo-Astronauten zum ersten Mal auf dem Mond landeten, galt der Mond als völlig trocken. Interessanterweise waren es die Gesteine, die diese Missionen zurückbrachten, die die ersten Hinweise auf Mondwasser lieferten, obwohl diese damals aufgrund der Kontamination abgewiesen wurden.
Eine weitere interessante Erkenntnis aus diesem neuesten Fund ist die Tatsache, dass dies nicht die Art von Forschung ist, die die SOFIA-Mission normalerweise durchführt. Normalerweise werden die Höhenbeobachtungen von SOFIA von einer Kamera geführt, die Sterne verfolgt, was es den Controllern ermöglicht, das Teleskop stetig auf sein Ziel zu fixieren. Dazu gehören lichtschwache Objekte (wie Rote Zwerge und Schwarze Löcher) oder weit entfernte Objekte wie Sternhaufen und Galaxien.
Der Mond, der weder schwach noch weit entfernt ist, würde normalerweise das gesamte Sichtfeld der Leitkamera ausfüllen. Nach einer Testbeobachtung im August 2018 waren die NASA-Wissenschaftler überzeugt, dass es einen Versuch wert ist. Sagte Naseem Rangwala, Projektwissenschaftler von SOFIA am Ames Research Center der NASA:
„Es war tatsächlich das erste Mal, dass SOFIA den Mond betrachtete, und wir waren uns nicht einmal ganz sicher, ob wir zuverlässige Daten erhalten würden, aber Fragen zum Wasser des Mondes zwangen uns, es zu versuchen. Es ist unglaublich, dass diese Entdeckung im Wesentlichen ein Test war, und jetzt, da wir wissen, dass wir dies tun können, planen wir weitere Flüge, um mehr Beobachtungen durchzuführen.“
SOFIA im Flug, mit exponiertem Teleskop. Bild: NASA/Jim Ross
Natürlich gibt es eine Reihe von offenen Fragen, mit denen sich Wissenschaftler noch auseinandersetzen müssen. Zunächst stellt sich die Frage, ob Wasserablagerungen auf den sonnenbeschienenen Teilen des Mondes zugänglich sind oder nicht. Es gibt auch das anhaltende Geheimnis um die Ursprünge des Mondwassers (ob es einheimisch oder abgelagert wurde), wie es sich ansammeln und in sonnenbeschienenen Regionen bestehen kann und wie es über den Mond transportiert wird.
In naher Zukunft hofft die NASA, Folgebeobachtungen mit SOFIA durchzuführen, um mehr Daten zu sammeln und (hoffentlich) diese Fragen zu beantworten. Sie werden insbesondere an sonnenbeschienenen Standorten und während verschiedener Mondphasen nach zusätzlichen Wasserquellen suchen. Diese Daten werden auch zukünftige Missionen wie die der NASA beeinflussen Volatiles untersuchen Polarforschungs-Rover (VIPER) und helfen, die ersten Wasserquellenkarten für die menschliche Erforschung zu erstellen.
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