SOFIA kartiert Wasservorkommen auf dem Mond

17. März 2023

[Bild: NASA's Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio/Ernie Wright.]

Eine neue Studie, die auf Daten des Stratosphären-Observatoriums für Infrarot-Astronomie (SOFIA) der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) basiert, hat die erste detaillierte, großflächige Wasserkarte auf dem Mond in der Nähe seines Südpols erstellt. Dabei zeigt sich, dass die lokale Geografie des Mondes eine wichtige Rolle für die Menge und Verteilung des vorhandenen Wassers spielt: An den Schattenseiten von Kratern und Bergen befindet sich mehr Wasser als an sonnenbeschienenen Hängen oder Ebenen – ein Phänomen, das wir vom Skifahren kennen.

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© NASA's Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio/Ernie Wright

"Wenn wir uns die Wasserdaten ansehen, können wir tatsächlich Kraterränder und die einzelnen Berge sehen“, sagte Bill Reach, Direktor des SOFIA Science Center am Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley und Hauptautor der Studie, die er auf der Lunar and Planetary Science Conference 2023 vorgestellt hat. „Wir können dank der höheren Wasserkonzentration an schattigen Orten sogar Unterschiede zwischen den Sonnen- und Schattenseiten der Berge erkennen.“

SOFIA-Daten, die eine eindeutige "Infrarotsignatur" von Wasser beinhalten, überlagern hier eine Darstellung des Mondes, wie er zum Zeitpunkt der Beobachtungen im Februar 2022 aussah. Dunkleres Blau zeigt eine höhere Konzentration von Wasser an. Links: Oben links in der untersuchten Region ist ein "nasser Grat" in Dunkelblau zu sehen, wo sich das Wasser besonders auf der Schattenseite eines steilen Abhangs des Kraters Curtius und eines benachbarten Kraters konzentriert. Auf der linken Bildmitte befindet sich der Moretus-Krater. Auch dort ist die innere Wand der oberen Hälfte des Kraters deutlich dunkelblau gezeichnet, was auf ein größeres Vorkommen von Wasser auf dieser schattigen Oberfläche hinweist. Obwohl die rechte Seite der Region insgesamt trockener ist, kann man immer noch Wasser erkennen, das die Innenseiten der Krater in Hellblau nachzeichnet. Rechts: Oben rechts ist ein großer Krater, der Schomberger Krater, zu sehen, der dort deutlich blaue Streifen zeigt, wo größere Wassermengen an seiner schattierten Innenwand vorhanden sind.
Foto: NASA's Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio/Ernie Wright.

Bereits 2020 konnten Forschende mit Hilfe von SOFIA-Daten den lang erhofften, eindeutigen Beweis erbringen, dass molekulares Wasser auch im Bereich der wärmeren, von der Sonne beschienenen Mondoberfläche vorkommt und nicht nur an den schattigen Polen. Frühere Weltraummissionen zur Beobachtung der Mondoberfläche untersuchten andere Wellenlängen des Lichts und konnten Wasser nicht von ähnlichen Molekülen wie Hydroxyl unterscheiden.

„Die neue Karte der erdzugewandten Seite der Mondoberfläche erstreckt sich vom 60. Breitengrad bis zum Südpol des Mondes“, erklärt Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operation Deputy Director der Universität Stuttgart, die auf deutscher Seite das SOFIA-Projekt koordiniert. „Mit diesen Daten können wir sehen, wie sich Wasser bei verschiedenen Sonnenständen, also Mondtageszeiten, auf dem Mond verteilt. Das sollte uns mehr über den Ursprung des beobachteten Wassers verraten."

Eine Visualisierung des Mondes mit der Region, in der SOFIA Wasser beobachtet hat (in blau).
Eine Visualisierung des Mondes mit der Region, in der SOFIA Wasser beobachtet hat (in blau).
Foto: NASA's Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio/Ernie Wright.

Das Wasser des Mondes kann im Boden als Eiskristalle oder Wassermoleküle, die chemisch an andere Materialien gebunden sind, vorkommen. Woher das Wasser des Mondes kommt – ob es in den Mineralien des Mondes enthalten ist oder ausschließlich von Kometen und Sonnenwind geliefert wird – ist eine noch offene Frage. Klar ist jedoch, dass der Mond viel größere Wassermengen beherbergt, als wir bisher angenommen haben. 

Entscheidende Resource für zukünftige Missionen

„Wasser ist eine entscheidende Ressource, wenn Menschen den Mond langfristig erforschen oder ihn als Sprungbrett für Missionen zum Mars nutzen wollen“, so erläutert Reinhold Ewald, europäischer Astronaut und Professor am Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart. „Je mehr Wasser wir bereits auf dem Mond vorfinden, desto leichter können wir diese Vorhaben umsetzen.“

Weitere Beobachtungsdaten anderer Orte auf der Mondoberfläche befinden sich im SOFIA-Archiv und werden derzeit analysiert. „So wird SOFIA auch trotz der Beendigung des Beobachtungsbetriebs Ende September 2022 noch wesentliche Beiträge zu den Vorkommen und Verteilungen von Wasser auf der Mondoberfläche beisteuern“, so Schulz.

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SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und FKZ 50 OK 2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente wurde finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

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