Wasser auf dem Mond

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Diese Darstellung zeigt eine vielversprechende neue Technik zur Ortung von Wasser auf dem Mond. Galaktische kosmische Strahlung, welche die Mondoberfläche durchdringt, löst, wenn sie in eine Schicht mit Material eindringt, das Wasserstoffatome (wie Wasser) enthält, den Ausstoß von Protonen (rote Kugeln) aus, die durch geeignete Instrumente in einem kreisenden Satelliten gemessen werden können.
Schwadron et al. 2016

Vor den Apollo-Missionen zum Mond spekulierten Wissenschaftler, daß sich flüchtige Stoffe – darunter Wasser – in dauerhaft schattigen Regionen an den Polen angereichert haben könnten. Dann brachte die Ära der Apollo-Missionen Mondproben auf die Erde zurück und ermöglichte echte Messungen: man fand keines der auf der Erde verbreiteten wasserhaltigen Minerale. Doch haben im Laufe der letzten zehn Jahre verschiedene Entwicklungen diese Diskussion neu belebt. Insbesondere neue Analysen von vulkanischen Gläsern in den zurückgebrachten Mondproben haben auf die Anwesenheit von Wasser im Mondinneren schließen lassen. Inzwischen hat man mehrere neue Mondmissionen gestartet. Die Experimente, die mit Neutronenspektroskopie nach Wasser suchten, erzielten unterschiedliche Ergebnisse, doch Experimente mit der Infrarotspektroskopie schienen eine eindeutige Identifizierung von Wasser in der Mondoberfläche zu erhalten, obwohl sie mit den Neutronenexperimenten nicht in Übereinstimmung stehen.

Die CfA-Astronomen Anthony Case und Justin Kasper waren Mitglieder in einer Gruppe von Astronomen, die den Einsatz einer neuen Methode vorschlägt, um hydratisiertes Material – wie Wasser – auf dem Mond aufzuspüren. Hierbei wird die Menge an Protonen, die von der Mondoberfläche kommen, mit Hilfe des Instruments CRaTER (Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation) an Bord des Lunar Reconnaissance Orbiter, einer Robotersonde der NASA, die 2009 gestartet wurde, gemessen. Aus der Galaxis kommende kosmische Strahlung wird, wenn sie die Mondoberfläche trifft, Protonen aus dem Material an der Oberfläche herausschlagen, die mit dem CRaTER-Instrument gemessen werden können. Die Gruppe schloß eine Reihe von Labortests mit Hochenergie-Teilchenbeschleunigern ab, um die Auswirkungen der kosmischen Strahlung auf Materialien zu simulieren, die Wasserstoff enthalten und stellten fest, daß das Vorliegen von Wasserstoff – zum Beispiel im Wasser – tatsächlich die Gesamtprotonenemission unterdrückt. Die Folgerung ist, daß, falls Wasser auf dem Mond in Polnähe vorkommt, ein Abtasten der Mondoberfläche eine deutliche Verringerung in der Zahl der Protonen zeigen sollte, während die Sonde die Pole kreuzt.

Tatsächlich fand man bei den Abtastungen mit CRaTER einen Anstieg in der Protonenemission an den Polen. Den Wissenschaftlern wurde bald bewußt, daß dort einige Effekte auftraten, die man ursprünglich für vernachlässigbar hielt, die aber für das Phänomen verantwortlich waren. Protonen und Neutronen, freigesetzt aus Material unterhalb der Oberfläche bis in eine Tiefe von etwa zehn Zentimetern, kollidieren mit anderen Atomen und rufen die Emission der Sekundärpartikel hervor. Die Erhöhung dieser sekundären Protonen steht durchaus mit der Anwesenheit von Wasserstoff in Übereinstimmung. Aber es stellte sich heraus, daß es auch andere mögliche Lösungen gibt und die Gruppe ist dabei, diese weiter zu untersuchen. Derweil zeigt ihre aktuelle Veröffentlichung, daß die Technik der Nutzung der CRaTER-Messungen, um nach Wasser zu suchen, zumindest grundsätzlich möglich ist. Wenn die verbleibenden Fragen gelöst sind, könnte die Technik bei anderen Missionen eingesetzt werden, um andere Körper im Sonnensystem zu untersuchen.

Literatur:

„Signatures of Volatiles in the Lunar Proton Albedo“

N.A. Schwadron , J.K. Wilson, M.D. Looper , A.P. Jordan, H.E. Spence, J.B. Blake, A.W. Case, Y. Iwata, J.C. Kasper, W.M. Farrell, D.J. Lawrence, G. Livadiotis, J. Mazur, N. Petro, C. Pieters, M.S. Robinson, S. Smith, L.W. Townsend, and C. Zeitlin

Icarus Volume 273, 15 July 2016, Pages 25-35