Oben: Diese Aufnahmen zeigen einen sehr jungen Krater auf derder Erde abgewandten Seite des Mondes, wie er vom Mondmineralienkartierer der NASA auf der indischen Raumsonde Chandrayaan-1 gesehen wurde. Links ist eine Aufnahme, die Helligkeit bei kürzeren infraroten Wellenlängen zeigt. Rechts ist die Verteilung wasserreicher Mineralien (hellblau) um einen kleinen Krater dargestellt. Sowohl wasser- als auch hydroxylreiches Material wurde gefunden, das in Verbindung mit Auswurfmaterial aus dem Krater steht. (Photos: ISRO/NASA/JPL-Caltech/USGS/Brown Univ.)

Die neuen Entdeckungen, die im Detail in der Ausgabe vom 25. September der Zeitschrift "Science" abgehandelt werden, kommen im Nachklang von weiteren Hinweisen auf Wasser an den Mondpolen durch den Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA und nur wenige Wochen vor dem geplanten Einschlag von NASA's Satellit LCROSS, der in einen permanent im Schatten liegenden Krater am Mondsüdpol stürzen soll, in der Hoffnung, daß in den aufgeworfenen Trümmern Hinweise auf Wasserlagerstätten entdeckt werden.

Der Mond bleibt immer noch trockener als jede Wüste auf der Erde, aber es sollen geringe Mengen an Wasser auf ihm existieren. Eine Tonne der obersten Schicht der Mondoberfläche würde nur rund ein Kilogramm an Wasser enthalten, erklärten die Forscher.

"Wenn die Wassermoleküle so mobil sind, wie wir glauben, und wenn es nur ein Teil von ihnen ist, dann gibt es einen Mechanismus, damit Wasser zu diesen permant im Dunkeln liegenden Kratern gelangen kann", erklärte der Planetengeologe Carle Pieters von der Brown Universität im Us-Bundesstaat Rhode Island, der eine der drei Studien in Science über die Mondentdeckungen leitet, in einer Äußerung. "Dies eröffnet eine ganz neue Straße [der Mondforschung], aber wir müssen erst noch die Physik verstehen, bevor wir daraus Nutzen ziehen können."

Wasser auf dem Mond zu finden wäre ein Segen für mögliche zukünftige Mondbasen, da sie potentielle Quellen für Trinkwasser und Treibstoff darstellen.

Apollo kam trocken nachhause

Oben: Eine auf den Messungen des LOLA-Instrumentes des Lunar Reconnaissance Orbiters beruhende Karte der Oberflächenstruktur im Bereich des Südpols des Mondes. Verschiedene Krater, einschließlich Cabeus A, der das Einschlagsziel von LCROSS ist, sind eingezeichnet. (Abbildung: NASA/GSFC)

Das Mondgestein wurde auf Zeichen für Wasser analysiert, das in den im Gestein vorkommenden Mineralien gebunden ist; obwohl Spuren von Wasser nachgewiesen wurden, nahm man an, daß es sich um Verunreinungen von der Erde handelte, weil die Behälter, mit denen das Gestein zur Erde kam, undicht waren.

"Die Sauerstoffisotope, die auf dem Mond existieren, sind dieselben, die auch auf der Erde vorkommen, deshalb war es schwer, wenn nicht gar unmöglich, einen Unterschied zwischen dem Wasser vom Mond und von der Erde festzustellen", erklärte Larry Taylor von der Universität von Tennessee in Knoxville, der Mitglied in einem der NASA- Instrumententeams für Indiens Satelliten Chandrayaan-1 ist. Er hat den Mond seit den Apollo-Missionen studiert.

Obwohl die Wissenschaftler damit fortfuhren zu vermuten, daß Wasserlagerstätten an den kältesten Orten in Südpolkratern des Mondes existieren, die niemals Sonnenlicht gesehen hatten, war der allgemeine Konsens, daß der Mond knochentrocken sei.

Aber die neuen Beobachtungen der Mondoberfläche, die mit Chandrayaan-1 und den NASAs Raumsonden Cassini und Deep Impact gemacht wurden, stellen diesen Konsens in Frage, nachdem sie mehrfach spektrale Zeichen sowohl von Wasser, als auch von Hydroxyl (je ein Sauerstoff- und ein Wasserstoffatom chemisch miteinander gebunden) fanden.

Drei Raumfahrzeuge

Chandrayaan-1, Indiens allererste Mondsonde überhaupt, hatte die Aufgabe, die Mondoberfläche zu kartographieren und seine minerale Zusammensetzung zu bestimmen (die Mission des Orbiters endete vorzeitig im August nach einer Fehlfunktion). Während die Sonde noch aktiv war, registrierte der von der NASA gebaute Mondmineralogiekartierer (M3) Wellenlängen von von der Oberfläche zurückgeworfenem Licht, das eine chemische Bindung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff anzeigte, also ein Zeichen entweder für Wasser oder für Hydroxyl.

Da der M3 nur die obersten fünf Millimeter des lunaren Regoliths durchdringen kann, schien das jüngst beobachtete Wasser an oder sehr nah unter der Mondoberfläche zu liegen. Die M3-Beobachtungen zeigten auch, daß das Wassersignal zu dem Polen hin stärker wurde. Pieters ist der leitende Wissenschaftler für das M3-Instrument auf Chandrayaan-1.

Cassini, die den Mond im Jahr 1999 auf ihrem Weg zum Saturn passiert hatte, hatte dieses Signal von Hydroxyl/Wasser ebenfalls in leicht stärker Form angemessen. Das Wasser müßte danach im Glas und den Mineralien an der Mondoberfläche absorbiert oder gefangen sein., schrieb Roger Clark vom Geologischen Dienst der Vereinigten Staaten in einer Studie zu den Entdeckungen der Cassini-Mission.

Die Cassini-Daten zeigen eine globale Verteilung des Wassersignals, obwohl es an den Polen stärker (und in den Mondmaren schwächer) zu sein scheint.

Und schließlich hat die Deep-Impact-Mission als Teil der erweiterten EPOXI-Mission und auf Nachfrage des M3-Teams als Teil einer Kalibrierungsübung Infrarotanmessungen von Wasser und Hydroxyl während mehrerer naher Vorbeiflüge am Erde-Mond-System auf seinem Weg zum Vorbeiflug am Kometen 103P/Hartley 2 im November 2010 gemacht.

Deep Impact maß die Signale auf allen briten größer als 10° Nord an, wobei erneut die Pole die stärksten Signale zeigten. Bei seinen mehrfachen Vorbeiflügen war Deep Impact in der Lage, dieselben Regionen zu unterschiedlichen Mondtageszeiten zu beobachten. Zu Mittag, wenn die Sonnenstrahlen am stärksten waren, war das Wassersignal am schwächsten, während es am Morgen stärker war.

"Die Beobachtungen vom Mond durch Deep Impact bestätigen nicht nur einhellig die Anwesenheit von [Wasser/Hydroxyl] auf der Mondoberfläche, sondern zeigen auch, daß die gesamte Mondoberfläche hydriert ist, zumindest an einem Teil des Mondtages", schreiben die Autoren in ihrer Studie.

Die Entdeckungen aller drei Raumfahrzeuge "stellen unzweideutige Beweise für die Anwesenheit von Hydroxyl oder Wasser bereit", meinte Paul Lucey von der Universität von Hawaii in einem Meinungsessay, das die drei Studien begleitet. Lucey war an keiner der Missionen beteiligt.

Die neuen Daten "erforden eine kritische Neubeurteilung der Ansicht, daß der Mond trocken ist. Er ist es nicht!" schreibt Lucey.

Woher kommt das Wasser?

Oben: Diese Illustration zeigt den Strom von Protonen, die als Sonnenwind von der Sonne kommen. An der Mondoberfläche verbinden sie sich mit dem Sauerstoff in den Oberflächenmineralien zu Wasser und Hydroxyl. (Abbildung: University of Maryland/F. Merlin/McREL)

Die Sonne könnte auch etwas damit zu tun haben, wie das Wasser dorthin gelangt ist.

Es gibt möglicherweise zwei Arten von Wasser auf dem Mond: solches, das von Quellen von außerhalb stammt, wie z. B. wasserhaltigen Kometen, die auf der Oberfläche eingeschlagen sind, und solches, das vom Mond selbst stammt.

Diese zweite, endogene Quelle könnte möglicherweise durch Wechselwirkungen zwischen dem Sonnenwind und Gestein und der Erde auf dem Mond enstanden sein.

Das Gestein und der Regolith, aus denen die Mondoberfläche aufgebaut ist, bestehen zu 45% aus Sauerstoff (mit anderen Elementen hauptsächlich in Silikatmineralien gebunden). Der Sonnenwind, der konstante Strom geladener Partikel von der Sonne, besteht hauptsächlich aus Protonen, also positiv geladenen Wasserstoffatomen.

Wenn diese geladenen Wasserstoffatome, die mit einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit reisen, die Mondoberfläche mit genügender Kraft treffen, brechen sie die Bindungen des Sauerstoffs mit den anderen Mineralienelementen auf, wie Taylor, ein M3-Teammitglied vermutet. Da wo freier Sauerstoff und Wasserstoff existiert, gibt es auch eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, daß sich Spuren von Wasser bilden werden.