Die Datenanalyse von Mondmissionen findet zahlreiche Hinweise auf Eisablagerungen

Laut einer neuen Analyse von Daten der LRO-Mission (Lunar Reconnaissance Orbiter) der NASA sind die Eisablagerungen im Mondstaub und Gestein (Regolith) umfangreicher als bisher angenommen. Eis wäre eine wertvolle Ressource für zukünftige Mondexpeditionen. Wasser könnte zum Strahlenschutz und zur Unterstützung menschlicher Entdecker verwendet werden oder in seine Wasserstoff- und Sauerstoffbestandteile zerlegt werden, um Raketentreibstoff, Energie und Atemluft herzustellen.

Frühere Studien fanden Anzeichen von Eis in den größeren permanent beschatteten Regionen (PSRs) in der Nähe des Mondsüdpols, einschließlich Gebieten innerhalb der Krater Cabeus, Haworth, Shoemaker und Faustini. In der neuen Arbeit „stellen wir fest, dass es in PSRs außerhalb des Südpols, in Richtung mindestens 77 Grad südlicher Breite, weit verbreitete Hinweise auf Wassereis gibt“, sagte Dr. Timothy P. McClanahan vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. und Hauptautor eines Artikels zu dieser Forschung veröffentlicht 2. Oktober in Das Planetary Science Journal.

Darüber hinaus hilft die Studie den Planern von Mondmissionen, indem sie Karten bereitstellt und die Oberflächeneigenschaften identifiziert, die zeigen, wo Eis wahrscheinlich und wo weniger wahrscheinlich ist, und Beweise dafür liefert, warum das so sein sollte. „Unser Modell und unsere Analyse zeigen, dass die größten Eiskonzentrationen voraussichtlich in der Nähe der kältesten Stellen der PSRs unter 75 Kelvin (-198 °C oder -325 °F) und in der Nähe der Basis der polwärts gerichteten Hänge der PSRs auftreten werden“, sagte McClanahan .

„Wir können das Volumen der Eisablagerungen der PSRs nicht genau bestimmen oder feststellen, ob sie möglicherweise unter einer trockenen Regolithschicht begraben sind. Wir gehen jedoch davon aus, dass für jede Oberfläche, die sich über diesen Ablagerungen befindet, 1,2 Quadratyards (Quadratmeter) vorhanden sein sollten „Im Vergleich zu den umliegenden Gebieten befinden sich mindestens etwa fünf Quarts (fünf weitere Liter) Eis mehr auf der Oberfläche als in den umliegenden Gebieten“, sagte McClanahan. Die Studie kartierte auch, wo weniger, kleinere oder geringer konzentrierte Eisablagerungen zu erwarten wären, die vor allem in wärmeren, periodisch beleuchteten Gebieten auftreten würden.

Eis könnte durch Kometen- und Meteoreinschläge in den Mondregolith implantiert werden, als Dampf (Gas) aus dem Mondinneren freigesetzt werden oder durch chemische Reaktionen zwischen Wasserstoff im Sonnenwind und Sauerstoff im Regolith gebildet werden. PSRs treten typischerweise in topografischen Senken in der Nähe der Mondpole auf. Aufgrund des niedrigen Sonnenwinkels haben diese Gebiete seit Milliarden von Jahren kein Sonnenlicht gesehen und sind daher ständig extrem kalt.

Es wird angenommen, dass Eismoleküle durch Meteoriten, Weltraumstrahlung oder Sonnenlicht wiederholt aus dem Regolith gelöst werden und über die Mondoberfläche wandern, bis sie in einem PSR landen, wo sie von extremer Kälte eingeschlossen werden. Die kontinuierlich kalten Oberflächen des PSR können Eismoleküle in der Nähe der Oberfläche für vielleicht Milliarden von Jahren konservieren, wo sie sich zu einer Lagerstätte ansammeln können, die reich genug ist, um abgebaut zu werden. Es wird angenommen, dass Eis auf Oberflächen, die direktem Sonnenlicht ausgesetzt sind, schnell verloren geht, was eine Ansammlung von Eis verhindert.

Das Team nutzte das Lunar Exploration Neutron Detector (LEND)-Instrument des LRO, um Anzeichen von Eisablagerungen zu erkennen, indem es „epithermale“ Neutronen mittlerer Energie maß. Konkret nutzte das Team den Collimated Sensor for Epithermal Neutrons (CSETN) von LEND, der über ein festes Sichtfeld von 18,6 Meilen (30 Kilometer) Durchmesser verfügt.

Neutronen werden durch hochenergetische galaktische kosmische Strahlen erzeugt, die von mächtigen Ereignissen im Weltraum wie explodierenden Sternen ausgehen, die auf die Mondoberfläche einschlagen, Regolithatome aufbrechen und subatomare Teilchen, sogenannte Neutronen, zerstreuen. Die Neutronen, die aus bis zu einer Tiefe von etwa 3,3 Fuß (Meter) stammen können, bahnen sich ihren Weg durch den Regolith und treffen auf andere Atome. Einige werden in den Weltraum geleitet, wo sie von LEND entdeckt werden können.

Da Wasserstoff etwa die gleiche Masse wie ein Neutron hat, verliert das Neutron bei einer Kollision mit Wasserstoff relativ mehr Energie als bei einer Kollision mit den meisten gängigen Regolithelementen. Wenn also Wasserstoff im Regolith vorhanden ist, führt seine Konzentration zu einer entsprechenden Verringerung der beobachteten Anzahl von Neutronen mittlerer Energie.

„Wir stellten die Hypothese auf, dass, wenn alle PSRs die gleiche Wasserstoffkonzentration aufweisen, CSETN ihre Wasserstoffkonzentrationen proportional zu ihrer Fläche erfassen sollte. Daher sollte in Richtung der PSRs mit größerer Fläche mehr Wasserstoff beobachtet werden“, sagte McClanahan.

Das Modell wurde auf der Grundlage einer theoretischen Studie entwickelt, die zeigte, wie wasserstoffverstärkte PSRs in ähnlicher Weise durch das feste Sichtfeld des CSETN erkannt werden würden. Die Korrelation wurde anhand der Neutronenemissionen von 502 PSRs mit Flächen zwischen 1,5 Quadratmeilen (4 km2) und 417 Quadratmeilen (1079 km2) nachgewiesen, die im Gegensatz zu den umliegenden, weniger mit Wasserstoff angereicherten Gebieten standen. Die Korrelation war für die kleinen PSRs erwartungsgemäß schwach, nahm jedoch zu den PSRs mit größerer Fläche hin zu.