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Technische Universität: Dortmunder Forscher finden Wasser auf dem Mond

DORTMUND.Forscher der TU Dortmund haben eine spektakuläre Entdeckung gemacht: Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass auf der Mondoberfläche deutlich mehr Wasser vorhanden ist als bislang angenommen. Mit dem Wasser auf der Erde hat es aber wenig zu tun.

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  • Dortmunder Forscher finden Wasser auf dem Mond
    Die Verteilung von Wasser bzw. Hydroxyl auf der westlichen Hälfte des Mondes am Morgen, Mittag und Nachmittag: Blaue Farbtöne bedeuten hohe und gelb-rötliche geringe Konzentrationen. Für die grauen Bereiche liegen keine Messungen vor. Foto: TU Dortmund

Bis vor wenigen Jahren ging die Wissenschaft davon aus, dass die Mondoberfläche trocken ist. 2009 belegte die Analyse von Infrarotmessungen erstmals das Vorkommen von Wasser auf der Oberfläche des Erdtrabanten. Jetzt konnten Prof. Christian Wöhler und Dr. Arne Grumpe von der TU Dortmund gemeinsam mit Forschern aus Russland zeigen, dass Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen nicht nur an den Polen, sondern überall in der Mondoberfläche eingelagert sind. Ihre Ergebnisse haben sie jetzt im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht.

Christian Wöhler, Physiker und seit 2010 Professor für Bildsignalverarbeitung an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, beschäftigt sich seit Anfang 2016 mit dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Mond-Projekt.

Neue Methode der TU-Forscher

Gemeinsam mit Arne Grumpe und zwei russischen Kollegen hat Wöhler Infrarotmessungen analysiert, die ein Spektrometer 2009 an Bord der indischen Raumsonde Chandrayaan-1 aufgenommen hatte. Diese Daten wurden zwar von anderen Wissenschaftlern bereits ausgewertet. Die TU-Forscher aber haben nun eine neue Methode entwickelt, die eine genauere Analyse ermöglicht. Und diese führte zu den bedeutenden neuen Erkenntnissen.

„Die Analyse von Infrarot-Spektraldaten ist äußerst komplex“, sagt Wöhler. „So müssen zum Beispiel verschiedene Einflüsse wie die Wärmestrahlung korrigiert werden. Darauf haben wir in besonders genau geachtet.“ So konnte das Team zeigen, dass Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen in der obersten Schicht der gesamten Mondoberfläche eingelagert sind und nicht – wie bisher angenommen – ausschließlich in der Nähe der Pole. Darüber hinaus zeigt ihre Analyse, dass sich die Verteilung des Wassers im Verlauf des „Mondtages“ verändert.

Flüssiges Wasser würde sofort verdampfen

Flüssiges Wasser, so wie wir es auf der Erde kennen, wird aber niemand auf dem Mond finden. Wegen der fehlenden Atmosphäre würde das Wasser sogleich komplett verdampfen. „Die nachgewiesenen Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen machen ein Millionstel des Oberflächenmaterials aus“, erklärt Christian Wöhler.

Trotzdem stellt sich die Frage, woher das Wasser auf dem Mond stammt: Hierfür soll der Sonnenwind verantwortlich sein. Er enthält Protonen, also Wasserstoffkerne, die mit dem Sauerstoff im Gestein der Mondoberfläche reagieren. Wie genau diese Verbindungen aussehen, können die Forscher noch nicht sagen. Sie vermuten, dass es sich um Wasser (H2O) oder Hydroxyl (OH) handelt. Das „verstümmelte Wasser“, wie Wöhler es nennt, kann sich gut an den Mineralien anlagern. Doch die Verbindung ist äußerst lose und löst sich im Laufe des Mondtages durch Verdampfung wieder auf. „Es gibt aber auch eine zweite Komponente, die fest gebunden ist“, sagt Wöhler.

So analysierten die TU-Forscher die Daten

Für die Analyse der vorliegenden Infrarotmessungen des Mondes nutzte das Team die Erkenntnis, dass Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen wie Wasser und Hydroxyl Licht bei einer bestimmten Wellenlänge (drei Mikrometern) absorbieren. Dieses Phänomen weist Wasser beinahe überall in der Mond-Oberfläche nach. Im Laufe des Mondtags zeigen die Hochland-Regionen am Morgen und Abend eine stärkere Absorption – und damit ein höheres Wasservorkommen – als am Mittag. Die Mare-Regionen des Mondes, also die mit bloßem Auge sichtbaren dunklen Flecken, zeigen zu allen Tageszeiten eine schwächere Absorption.

Die Forscher gehen davon aus, dass in den Hochland-Regionen chemisch stärker gebundene Wasser- bzw. Hydroxyl-Komponenten vorhanden sein müssen, die den ganzen Tag bestehen bleiben. Sie können nicht durch die Absorption von Protonen des Sonnenwinds erklärt werden. „Möglicherweise stammen sie aus der Tiefe des Mondes“, sagt Wöhler, aus Mineralien, die Wasserstoff und Sauerstoff enthalten. Dieser Frage wollen die Forscher weiter nachgehen.

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