Während sich die NASA im Rahmen ihres Artemis-Programms darauf vorbereitet, bis 2024 zum Mond zurückzukehren, konzentriert sich die Agentur auf die Erforschung der Polarregionen des Mondes. Dies sind Bereiche des Mondes, in denen viel Wasser mit dem Regolith vermischt zu sein scheint.
Einige dieser Krater liegen permanent im Schatten und haben möglicherweise noch große Wassermengen, die für menschliche und robotische Entdecker zugänglich sind. Dies ist eine kritische Ressource, und der Mond könnte genau der richtige Ort sein, um der Menschheit bei der Erforschung des Rests des Sonnensystems zu helfen.
Aber es kann auch eine Illusion sein. Wir werden es wirklich nicht wissen, bis wir genau hinschauen.
Bevor ich über den Südpol spreche, werfen wir einen Blick auf die Landeplätze, die vor über 50 Jahren für die Apollo-Missionen ausgewählt wurden.
Apollo-Landeplätze. Bildnachweis: NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio
1968, NASA gab die fünf Landeplätze bekannt für die Apollo-Missionen. Sie alle befanden sich auf ungefähr demselben Breitengrad über die Mondoberfläche – ein Streifen, der sich nur wenige Grad über und unter dem Äquator des Mondes erstreckte.
Ihre Kriterien? Regionen von 5 bis 8 km, die glatt waren, ohne gefährliche Berge oder Krater oder steile Hänge. Alle Landeplätze mussten sich im Bereich einer freien Flugbahn zur Erde befinden und so wenig Treibstoff wie möglich verwenden. Sie wollten während der gesamten Mission eine gute Beleuchtung von der Sonne auf der nahen Seite des Mondes.
Der Punkt hier ist, dass sie nach sicheren und zugänglichen Landeplätzen suchten. Die Tatsache, dass die Astronauten Wissenschaft betrieben, Experimente auf der Mondoberfläche aufstellten und brachten Hunderte von Kilogramm von Mondgestein und Staub zurück zur Erde war ein wunderbarer Bonus.
Wenn Artemis zum Mond fliegt, wird es schwieriger, da sie zum Südpol unterwegs sind. Hier ist der Grund.
Künstlerische Illustration des Mondlanders Project Artemis. Bildnachweis: NASA
Im inneren Sonnensystem wird Wasser eine der wertvollsten Ressourcen sein, die Entdecker in die Finger bekommen können. Das liegt daran, dass Sie es für so viel verwenden können. Sie können es natürlich trinken. Tatsächlich bestehen Sie zu 60 % aus Wasser. Sie können Wasser verwenden, um Pflanzen als Nahrung anzubauen.
Sie können Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff trennen und den Sauerstoff dann zum Atmen verwenden. Kombinieren Sie sie wieder zusammen und Sie haben Raketentreibstoff, genau das, was das Space Shuttle in seinem Haupttank verwendet hat. Mit einer weltraumgestützten Dampfrakete können Sie sogar Wasser selbst als Treibmittel verwenden.
Wasser ist ein fantastischer Schutzschild gegen Strahlung. Die Mondoberfläche ist geladenen Teilchen des Sonnenwinds sowie der galaktischen kosmischen Strahlung ausgesetzt, aber verstecke dich unter einem Meter Wassereis und es ist so sicher wie auf der Erdoberfläche.
Mondoberfläche durch die Strahlung der Sonne gesprengt. Bildnachweis: Jasper Halekas und Greg Delory von U.C. Berkeley und Bill Farrell und Tim Stubbs vom Goddard Space Flight Center
Das Problem ist, dass die Sonne ständig Strahlung in den Weltraum schleudert. Jedes Wassereis, das näher als der Mittelpunkt des Asteroidengürtels liegt, wird in den Weltraum sublimiert. Dies wird als Frostlinie des Sonnensystems bezeichnet. Die Belter und Jovianer haben Wasser übrig, aber hier im inneren Sonnensystem wird es eine seltene Ressource sein, der Schlüssel zu allem.
Und Wasser wiegt viel. Hier in Kanada verbrauchen wir etwa 300 Liter Wasser pro Person und Tag. Wenn Sie bereit wären, SpaceX 2.500 USD/Kilogramm zu zahlen, um es in den Weltraum zu starten, würden Sie für Ihren täglichen Wasserverbrauch 1,75 Millionen USD benötigen.
Aber es gibt einige Regionen, die das Wasser über Jahrmilliarden geschützt haben könnten: die dauerhaft beschatteten Krater an den Südpolen des Mondes.
Fast jeder Teil des Mondes ist ständig in Sonnenlicht getaucht oder in Dunkelheit gehüllt. Während des Mondtages erreichen die Temperaturen 120 °C (oder 253 Fahrenheit), und während der Mondnacht sinken die Temperaturen dann auf -232 °C (oder -387 Fahrenheit). Mit anderen Worten, tagsüber ist es definitiv heiß genug, um das Eis wegzusublimieren.
Die blauen Bereiche zeigen Orte am Südpol des Mondes, an denen wahrscheinlich Wassereis vorhanden ist (NASA/GSFC)
Aber am Südpol des Mondes fällt das Sonnenlicht in einem niedrigen Winkel. Wenn Sie am Südpol des Mondes stünden, würden Sie die Sonne am Horizont sehen und lange Schatten über die Mondoberfläche werfen.
Und um Sie herum gäbe es Krater, in denen das Sonnenlicht nie den Boden erreicht, Regionen, in denen es seit Jahrmilliarden dauerhafte Eisablagerungen geben könnte.
Tatsächlich, im Jahr 1998, NASA-Mission Lunar Prospector identifiziert dass es am Südpol des Mondes deutlich mehr Wasserstoff gibt. Mehr Wasserstoff bedeutet mehr Wasser, ein klarer Beweis dafür, dass diese Wasservorkommen vorhanden sind.
Mondaufklärungsorbiter. Bildquelle: NASA
Weitere Beweise wurden vom Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA gesammelt, der seit Jahren den Mond umkreist. Es hat viele Male Beweise für Wasser auf dem Mond entdeckt, zuletzt konnte es kartieren winzige Wassermengen, die im Mondregolith gebunden sind , häufiger in höheren Breitengraden und verschiebt sich, wenn sich die Oberflächentemperatur erwärmt.
Im Jahr 2009 stürzte die NASA die Mondkrater-Beobachtungs- und -Erfassungssatellit oder LCROSS , in den Mond, um nach Wasser zu suchen. Die Raumsonde flog mit dem Lunar Reconnaissance Orbiter zum Mond und löste sich dann auf dem Weg zum Mond.
Künstlerkonzept von LCROSS und Centaur Bühne auf dem Weg zur Wirkung. Bildnachweis: NASA
Am 9. Oktober 2009 stürzte der Centaur-Motor der oberen Stufe der Mission in den Cabeus-Krater, etwa 100 km vom Südpol des Mondes entfernt, und schleuderte Mondmaterial in den Weltraum. Und dann folgte ein paar Minuten später das Shepherding-Raumschiff, das Material vom ersten Einschlag nahm und seinen eigenen Krater schuf.
LCROSS zeigte, dass es Wasserstoffgas, Ammoniak und Methan sowie Metalle wie Natrium, Quecksilber und Silber gibt.
Die Südpole des Mondes bieten enorme Ressourcen für zukünftige Entdecker.
Oder vielleicht nicht. Nach neuen Untersuchungen der NASA könnten diese Ablagerungen tatsächlich neu sein. Obwohl sie dauerhaft beschattet sind, treffen immer noch Sonnenwindpartikel und Mikrometeoriten auf die Oberfläche, die das Wassereis erodieren sollten.
In der Nähe befindliche Mikrometeoriten wirbeln Staub auf, der sich in der dünnen Mondgravitation 30 km von der Einschlagstelle entfernt bewegen kann. Diese Partikel werden von der Sonne erhitzt und landen dann im Eis, erwärmen sich ein kleines bisschen und sublimieren es weg.
Es könnte sein, dass Kometeneinschläge das Wasser auf der Mondoberfläche ständig auffüllen, was bedeutet, dass diese Ablagerungen nur wenige tausend Jahre alt sind.
Wie können wir wissen, ob genug Wassereis für Astronauten vorhanden ist?
Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) plante, eine Mission namens Lunar Lander zum Südpol des Mondes zu entsenden. Es sollte Ende 2018 gestartet sein und den Südpol des Mondes anvisieren. Leider versiegte die Finanzierung und die Mission wurde abgesagt.
Bild des Yutu-2-Rovers, der sich von der Landezone der Chang'e-4-Mission entfernt. Bildnachweis: CNSA
Chinas Chang'e-4-Lander und Yutu-2-Rover befinden sich gerade am Südpol des Mondes, kriechen herum, erkunden die Region und beproben den Mondregolith. Sie sind seit dem 3. Januar 2019 dort und können nur während des Mondtages betrieben werden, wenn das Sonnenlicht ihre Instrumente am Laufen hält.
Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA hat sogar fotografiert sie, während es über Kopf kreist.
Indiens Chandrayaan-2 startet am 22. Juli zum Mond. Bildquelle: ISRO
Ich habe vor, ein ganzes Video darüber zu machen Indiens Chandrayaan-2 , die gerade erfolgreich auf dem Weg zum Mond gestartet ist. In den nächsten zwei Monaten wird die Raumsonde ihre Umlaufbahn von der Erde aus anheben und in eine Mondumlaufbahn überführen.
Dann wird es am 7. September 2019 versuchen, eine sanfte Landung durchzuführen und auf einer Hochebene zwischen zwei Kratern, Manzinus C und Simpelius N, am Südpol des Mondes zu landen.
Der Vikram-Lander wird Pragyan, einen sechsrädrigen Roboter-Rover, einsetzen, um so lange wie möglich zu erkunden, bevor sie in die Mondnacht eintreten, die sie nicht überleben können.
Wie ich schon sagte, werde ich in ein paar Monaten ein ausführlicheres Video zu dieser erstaunlichen Mission machen, sobald sie erfolgreich gelandet ist.
Im Jahr 2020 startet Südkorea seine erste Mission zum Mond, die sogenannte Korea Pathfinder Lunar Orbiter . Dieses 550 kg schwere Raumschiff wird mit einer Falcon 9-Rakete gestartet und mindestens ein Jahr lang den Mond erkunden. Es wird mehrere Instrumente an Bord haben, um den Mond zu studieren: ein Terrain Imager, um Landeplätze und interessantes Gelände zu kartieren, eine polarmetrische Kamera, um Fotos der Mondoberfläche in verschiedenen Wellenlängen aufzunehmen, und ein Magnetometer, um das Magnetfeld des Mondes zu kartieren, vor allem seine mysteriösen Mondwirbel.
Ein von der NASA gebautes Instrument heißt ShadowCam. Dies ist eine Kamera, die der des Lunar Reconnaissance Orbiter ähnelt, jedoch mit 800-mal höherer Empfindlichkeit. Es wird diese permanent beschatteten Krater an den Polen des Mondes untersuchen.
Die beste Strategie besteht natürlich darin, Roboter oder Menschen zu schicken, um in den Regolith zu graben und herauszufinden, was dort ist.
Auf 1. Juli 2019, kündigte die NASA an dass sie 12 neue wissenschaftliche und technologische Nutzlasten ausgewählt hatten, die zum Mond geschickt werden sollten, um seine Oberfläche zu untersuchen und die Ankunft von Astronauten im Rahmen des Artemis-Programms vorzubereiten. Alle diese Missionen werden voraussichtlich in den nächsten Jahren im Rahmen des Commercial Lunar Payload Services-Programms der NASA durchgeführt. Manche sind nur Komponenten, wie neue Kamerasysteme und Experimente. Aber einige sind wirklich interessant, wenn es um die Erforschung des Südpols geht.
MoonRanger-Rover. Kredit: Astrobiotische und Carnegie Mellon University
Das erste ist Mondranger , ein kleiner Rover, der von Astrobiotic und der Carnegie Mellon University gebaut wurde. Dieser 13 Kilogramm schwere Rover testet die autonome Erkundung des Mondes und erstellt detaillierte 3D-Karten der Mondoberfläche um den Südpol, einschließlich dieser schattigen Krater. Der Rover kann selbstständig reisen und navigieren, ohne mit der Erde zu kommunizieren.
PlanetVac ist eine von Bürgern finanzierte Technologie, die von der Planetary Society und Honeybee Robotics entwickelt wird und Mondregolith von der Mondoberfläche aufsaugt. Dann könnte es vor Ort getestet oder zur Erde zurückgebracht werden, damit Wissenschaftler zu Hause studieren können. Dies wird es der NASA ermöglichen, eine Vielzahl von Flecken auf dem Mond zu beproben, um herauszufinden, welche die höchste Konzentration an Wasser und anderen nützlichen Chemikalien aufweisen.
Mondretroreflektoren der nächsten Generation wird die Retroreflektoren, die während der Apollo-Ära auf der Mondoberfläche platziert wurden, verbessern, mit denen Wissenschaftler immer noch messen, wie schnell der Mond von uns wegdriftet. Diese neuen Reflektoren könnten uns mehr über das Innere des Mondes erzählen und Fragen zur grundlegenden Physik beantworten.
LISTER ist eine Wärmesonde, die 2-3 Meter in den Mondregolith gebohrt wird, um Temperaturunterschiede in verschiedenen Tiefen zu messen und uns zu sagen, wie geologisch aktiv der Mond ist. Ähnlich der InSight-Mission auf dem Mars.
Die Probenakquisition, Morphologiefilterung und Sondierung von Lunar Regolith wird einen Ersatzroboterarm aus den Mars Exploration Rover Missionen (Sie wissen schon, Spirit und Opportunity) verwenden, um Proben vom Mond zu sammeln.
In den nächsten zehn Jahren wird der Mond viel beschäftigter. Von Russland sind mehrere Missionen geplant, eine Zusammenarbeit zwischen Indien und Japan, weitere Missionen aus China und eine Reihe privater Lander. Natürlich werde ich Sie auf dem Laufenden halten, wenn diese erstellt werden.
Im Moment haben wir einen verlockenden Hinweis darauf, dass es am Südpol des Mondes riesige Wassereisvorräte gibt. In den nächsten Jahren werden Roboter und dann Menschen diese Region sehr sorgfältig untersuchen und die Beweise aufbauen. Wenn wir Glück haben, hat der Mond alles, was wir brauchen, um einen großen Schritt von der Erde weg ins Sonnensystem zu machen.
