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Drei verschiedene Raumschiffe haben bestätigt, dass es Wasser auf dem Mond gibt. Es wurde weder in tiefdunklen Kratern noch im Untergrund gefunden. Daten zeigen, dass Wasser diffus über den Mond als Hydroxyl- oder Wassermoleküle – oder beides – existiert, die in geringen Konzentrationen an der Oberfläche haften. Darüber hinaus kann es einen Wasserkreislauf geben, in dem die Moleküle über einen zweiwöchigen Zyklus, der der Länge eines Mondtages entspricht, abgebaut und neu formuliert werden. Dabei handelt es sich nicht um Eisschilde oder zugefrorene Seen: Die Wassermengen an einem bestimmten Ort auf dem Mond sind nicht viel größer als in einer Wüste hier auf der Erde. Aber es gibt mehr Wasser auf dem Mond als ursprünglich angenommen.
Der Mond galt seit der Rückkehr der Mondproben aus den Apollo- und Luna-Programmen als extrem trocken. Viele Apollo-Proben enthalten einige Spuren von Wasser oder kleineren wasserhaltigen Mineralien, aber diese werden typischerweise auf terrestrische Kontamination zurückgeführt, da die meisten Kisten, die verwendet wurden, um das Mondgestein zur Erde zu bringen, ausgelaufen sind. Dies führte die Wissenschaftler zu der Annahme, dass die gefundenen Wasserspuren aus der Erdluft stammten, die in die Behälter eingedrungen war. Es blieb die Annahme, dass es außer möglichem Eis an den Mondpolen kein Wasser auf dem Mond gab.
Vierzig Jahre später fand ein Instrument an Bord der unglückseligen Raumsonde Chandrayaan-1, der Moon Mineralogy Mapper (M cubed), heraus, dass Infrarotlicht in der Nähe der Mondpole mit Wellenlängen absorbiert wurde, die mit hydroxyl- und wasserhaltigen Materialien übereinstimmen.
M3 analysiert die Art und Weise, wie das Licht der Sonne von der Mondoberfläche reflektiert wird, um zu verstehen, aus welchen Materialien der Mondboden besteht. Licht wird in verschiedenen Wellenlängen von verschiedenen Mineralien reflektiert, und insbesondere hat das Instrument Wellenlängen des reflektierten Lichts erkannt, die auf eine chemische Bindung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff hinweisen würden. Angesichts des bekannten chemischen Symbols des Wassers, H2O, das für zwei Wasserstoffatome steht, die an ein Sauerstoffatom gebunden sind, war diese Entdeckung für die Forscher von großem Interesse.
Das Instrument kann nur die obersten Schichten des Mondbodens sehen – vielleicht bis auf wenige Zentimeter unter der Oberfläche. Die Wissenschaftler suchten in den Kratern in der Nähe der Pole nach einer Wassersignatur, fanden aber stattdessen auf den sonnenbeschienenen Teilen des Mondes Hinweise auf Wasser. Dies war sicherlich unerwartet und das Wissenschaftsteam von M3 sah sich ihre Daten mehrere Monate lang an und überprüfte sie erneut.
Die Bestätigung kam von einem kürzlichen Vorbeiflug der umfunktionierten Deep Impact-Sonde, die 2010 auf dem Weg zu einem Rendezvous mit einem anderen Kometen war. Im Juni 2009 zeigte das Spektrometer an Bord auch starke Beweise dafür, dass Wasser über der Mondoberfläche allgegenwärtig ist.
Jessica Sunshine und Kollegen von Deep Impact fanden auch das Vorhandensein von gebundenem Wasser oder Hydroxyl in Spurenmengen auf einem Großteil der Mondoberfläche. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass die Bildung und Retention dieser Moleküle ein fortlaufender Prozess auf der Mondoberfläche ist – und dass Sonnenwind für ihre Bildung verantwortlich sein könnte.
Eine weitere Raumsonde, die Cassini-Raumsonde, flog auf ihrem Weg zum Saturn 1999 ebenfalls am Mond vorbei. Roger Clark, ein Spektroskopiker des US Geological Survey im M3-Team, analysierte die Archivdaten von Cassini erneut, und auch diese Daten stimmten mit dem Ergebnis überein dass Wasser auf der Mondoberfläche weit verbreitet zu sein scheint.
Es gibt potenziell zwei Arten von Wasser auf dem Mond: exogen, d. h. Wasser aus externen Quellen, wie zum Beispiel Kometen, die auf die Mondoberfläche treffen, und endogen, d. h. Wasser, das vom Mond stammt. Das M3-Forschungsteam, zu dem Larry Taylor von der University of Tennessee, Knoxville, gehört, vermutet, dass das Wasser, das sie auf der Mondoberfläche sehen, endogen ist.
Aber woher kam das Wasser?
Das Team von M3 glaubt, dass es vom Sonnenwind kommen könnte.
Während der Kernfusion der Sonne emittiert sie ständig einen Strom von Teilchen, hauptsächlich Protonen, bei denen es sich um positiv geladene Wasserstoffatome handelt. Auf der Erde verhindern die Atmosphäre und der Magnetismus, dass wir von diesen Protonen bombardiert werden, aber dem Mond fehlt dieser Schutz, was bedeutet, dass die sauerstoffreichen Mineralien und Gläser auf der Mondoberfläche ständig von Wasserstoff in Form von Protonen zertrümmert werden, die sich auf der Erde bewegen Geschwindigkeiten von einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit.
Wenn diese Protonen mit genügend Kraft auf die Mondoberfläche treffen, vermutet Taylor, brechen sie Sauerstoffbindungen in Bodenmaterialien auf, und wo freier Sauerstoff und Wasserstoff zusammen sind, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Spuren von Wasser gebildet werden. Es wird angenommen, dass diese Spuren etwa ein Liter Wasser pro Tonne Boden enthalten.
„Die Sauerstoffisotope, die auf dem Mond existieren, sind die gleichen wie auf der Erde, daher war es schwierig, wenn nicht unmöglich, den Unterschied zwischen Wasser vom Mond und Wasser von der Erde zu unterscheiden“, sagte Taylor. „Da die frühen Bodenproben nur Spuren von Wasser enthielten, war es leicht, den Fehler zu machen, es auf eine Kontamination zurückzuführen.“
Titelbildunterschrift:Schema, das den Strom geladener Wasserstoffionen zeigt, der vom Sonnenwind von der Sonne getragen wird. Ein mögliches Szenario zur Erklärung der Hydratation der Mondoberfläche ist, dass tagsüber, wenn der Mond dem Sonnenwind ausgesetzt ist, Wasserstoffionen Sauerstoff aus Mondmineralien freisetzen, um OH und H2O zu bilden, die dann schwach an der Oberfläche gehalten werden. Bei hohen Temperaturen (rot-gelb) werden mehr Moleküle freigesetzt als adsorbiert. Bei sinkender Temperatur (grün-blau) sammeln sich OH und H2O an. Bild mit freundlicher Genehmigung der University of Maryland/F. Merlin/McREL
