Erdatmosphäre könnte Quelle für Wasser auf dem Mond sein

Wasserstoff- und Sauerstoffionen, die aus der oberen Erdatmosphäre entweichen und sich auf dem Mond verbinden, könnten eine der Quellen des bekannten Mondwassers und -eises sein, so eine neue Forschungsarbeit von Wissenschaftlern des Geophysikalischen Instituts der University of Alaska Fairbanks.

Die von Gunther Kletetschka, Professor am Geophysikalischen Institut der UAF, geleitete Arbeit ist ein weiterer Beitrag zu den wachsenden Forschungsergebnissen über Wasser am Nord- und Südpol des Mondes.

Die Suche nach Wasser ist der Schlüssel zum Artemis-Projekt der NASA, der geplanten langfristigen menschlichen Präsenz auf dem Mond. Die NASA plant, noch in diesem Jahrzehnt Menschen auf den Mond zu schicken.

“Da das Artemis-Team der NASA plant, ein Basislager am Südpol des Mondes zu errichten, können die Wasserionen, die vor vielen Äonen auf der Erde entstanden sind, im Lebenserhaltungssystem der Astronauten verwendet werden”, so Kletetschka.

Die neue Forschung schätzt, dass die Polarregionen des Mondes bis zu 3.500 Kubikkilometer (840 Kubikmeilen) oder mehr an Permafrost oder flüssigem Wasser unter der Oberfläche enthalten könnten, das aus Ionen stammt, die der Erdatmosphäre entkommen sind. Das ist ein Volumen vergleichbar mit dem nordamerikanischen Huronsee, dem achtgrößten See der Welt.

Die Forscher stützten sich dabei auf die Berechnung des geringsten Volumens – 1 % des aus der Erdatmosphäre entweichenden Wassers erreicht den Mond.

Es wird allgemein angenommen, dass ein Großteil des Mondwassers von Asteroiden und Kometen abgelagert wurde, die mit dem Mond kollidierten. Das meiste davon wurde während des so genannten späten schweren Bombardements abgelagert. In dieser Zeit, vor etwa 3,5 Milliarden Jahren, als das Sonnensystem etwa 1 Milliarde Jahre alt war, sollen die frühen inneren Planeten und der Erdmond ungewöhnlich starken Asteroideneinschlägen ausgesetzt gewesen sein.

Die Wissenschaftler vermuten auch, dass der Sonnenwind eine Quelle ist. Der Sonnenwind trägt Sauerstoff- und Wasserstoffionen mit sich, die sich auf dem Mond als Wassermoleküle abgelagert haben könnten.

Jetzt gibt es eine weitere Erklärung dafür, wie sich Wasser auf dem Mond ansammelt.

Die Forschungsergebnisse wurden am 16. März in der Fachzeitschrift Scientific Reports in einer von Kletetschka verfassten Arbeit veröffentlicht, an der auch der Doktorand Nicholas Hasson vom Geophysikalischen Institut und dem UAF Water and Environmental Research Center am Institut für Nordtechnik beteiligt war. Zu den Co-Autoren gehören auch mehrere Kollegen aus der Tschechischen Republik.

Kletetschka und seine Kollegen vermuten, dass Wasserstoff- und Sauerstoffionen in den Mond getrieben werden, wenn er den Schweif der Erdmagnetosphäre durchquert, was an fünf Tagen der monatlichen Reise des Mondes um den Planeten der Fall ist. Die Magnetosphäre ist die tropfenförmige Blase, die durch das Magnetfeld der Erde entsteht und den Planeten von einem Großteil des kontinuierlichen Stroms geladener Sonnenteilchen abschirmt.

Jüngste Messungen mehrerer Raumfahrtagenturen – NASA, Europäische Weltraumorganisation, Japan Aerospace Exploration Agency und Indian Space Research Organization – ergaben, dass während des Transits des Mondes durch diesen Teil der Magnetosphäre eine beträchtliche Anzahl wasserbildender Ionen vorhanden ist.

Diese Ionen haben sich seit dem späten schweren Bombardement langsam angesammelt.

Die Anwesenheit des Mondes im Schweif der Magnetosphäre, dem so genannten Magnetschweif, wirkt sich vorübergehend auf einige der Magnetfeldlinien der Erde aus, nämlich auf diejenigen, die unterbrochen sind und sich über viele Tausend Kilometer hinweg ins All erstrecken. Nicht alle Feldlinien der Erde sind an beiden Enden mit dem Planeten verbunden; einige haben nur einen Befestigungspunkt. Stellen Sie sich jede dieser Feldlinien wie einen Faden vor, der an einem windigen Tag an einem Mast festgebunden ist.

Die Anwesenheit des Mondes im Magnetschweif führt dazu, dass sich einige dieser unterbrochenen Feldlinien wieder mit ihrem entgegengesetzten unterbrochenen Gegenstück verbinden. Wenn dies geschieht, strömen Wasserstoff- und Sauerstoffionen, die der Erde entkommen waren, zu diesen wieder verbundenen Feldlinien und werden zurück zur Erde beschleunigt.

Die Autoren der Studie vermuten, dass viele dieser zurückkehrenden Ionen auf den vorbeiziehenden Mond treffen, der keine eigene Magnetosphäre hat, um sie abzustoßen.

“Es ist, als ob der Mond unter der Dusche steht – ein Schauer von Wasserionen, die zur Erde zurückkommen und auf die Mondoberfläche fallen”, so Kletetschka.

Die Ionen verbinden sich dann und bilden den lunaren Permafrost. Ein Teil davon wird durch geologische und andere Prozesse, wie Asteroideneinschläge, unter die Oberfläche getrieben, wo es zu flüssigem Wasser werden kann.

Das Forscherteam nutzte die Gravitationsdaten des Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA, um die Polarregionen und mehrere große Mondkrater zu untersuchen. Anomalien in den unterirdischen Messungen an Einschlagskratern weisen auf Stellen mit zerklüftetem Gestein hin, die flüssiges Wasser oder Eis enthalten können. Schwerkraftmessungen an diesen unterirdischen Stellen deuten auf das Vorhandensein von Eis oder flüssigem Wasser hin, heißt es in dem Forschungspapier.

Die neuesten Forschungsergebnisse bauen auf Arbeiten auf, die im Dezember 2020 von vier der Autoren, darunter Kletetschka, veröffentlicht wurden.

Datum: April 27, 2022
Quelle: Universität von Alaska Fairbanks


Journal Reference:

  1. Gunther Kletetschka, Jaroslav Klokočník, Nicholas Hasson, Jan Kostelecký, Aleš Bezděk, Kurosh Karimi. Distribution of water phase near the poles of the Moon from gravity aspectsScientific Reports, 2022; 12 (1) DOI: 10.1038/s41598-022-08305-x

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