Die Erdatmosphäre könnte eine Quelle für etwas Mondwasser sein

Wasserstoff- und Sauerstoffionen, die aus der oberen Erdatmosphäre entweichen und sich auf dem Mond verbinden, könnten eine der Quellen des bekannten Mondwassers und -eises sein, so neue Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern des Fairbanks Geophysical Institute der University of Alaska.

Die Arbeit unter der Leitung von UAF Geophysical Institute, außerordentlicher Forschungsprofessor Gunther Kletetschka, ergänzt eine wachsende Zahl von Forschungsarbeiten über Wasser am Nord- und Südpol des Mondes.

Das Auffinden von Wasser ist der Schlüssel zum Artemis-Projekt der NASA, der geplanten langfristigen menschlichen Präsenz auf dem Mond. Die NASA plant, in diesem Jahrzehnt Menschen zurück zum Mond zu schicken.

„Da das Artemis-Team der NASA plant, am Südpol des Mondes ein Basislager zu errichten, können die Wasserionen, die vor vielen Äonen auf der Erde entstanden sind, im Lebenserhaltungssystem der Astronauten genutzt werden“, sagte Kletetschka.

Die neue Forschung schätzt, dass die Polarregionen des Mondes bis zu 3.500 Kubikkilometer (840 Kubikmeilen) oder mehr Permafrost an der Oberfläche oder flüssiges Wasser unter der Oberfläche enthalten könnten, das aus Ionen entsteht, die der Erdatmosphäre entkommen sind. Das ist ein Volumen, das mit dem des Lake Huron in Nordamerika, dem achtgrößten See der Welt, vergleichbar ist.

Die Forscher basierten diese Summe auf der Modellrechnung mit dem niedrigsten Volumen – 1 % des atmosphärischen Austritts der Erde, der den Mond erreicht.

Es wird allgemein angenommen, dass ein Großteil des Mondwassers von Asteroiden und Kometen abgelagert wurde, die mit dem Mond kollidierten. Die meisten fanden in einer Zeit statt, die als Late Heavy Bombardment bekannt ist. In dieser Zeit vor etwa 3,5 Milliarden Jahren, als das Sonnensystem etwa 1 Milliarde Jahre alt war, wurde argumentiert, dass die frühen inneren Planeten und der Erdmond ungewöhnlich starken Einschlägen von Asteroiden ausgesetzt waren.

Wissenschaftler vermuten auch, dass der Sonnenwind eine Quelle ist. Der Sonnenwind transportiert Sauerstoff- und Wasserstoffionen, die sich möglicherweise verbunden und als Wassermoleküle auf dem Mond abgelagert haben.

Jetzt gibt es eine zusätzliche Möglichkeit zu erklären, wie sich Wasser auf dem Mond ansammelt.

Die Forschung wurde am 16. März in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte in einem von Kletetschka verfassten und von Ph.D. Student Nicholas Hasson vom Geophysical Institute und UAF Water and Environmental Research Center am Institute for Northern Engineering. Unter den Co-Autoren sind auch mehrere Kollegen aus der Tschechischen Republik.

Kletetschka und seine Kollegen schlagen vor, dass Wasserstoff- und Sauerstoffionen in den Mond getrieben werden, wenn er den Schweif der Erdmagnetosphäre passiert, was er an fünf Tagen der monatlichen Reise des Mondes um den Planeten tut. Die Magnetosphäre ist die tropfenförmige Blase, die durch das Magnetfeld der Erde erzeugt wird und den Planeten vor einem Großteil des kontinuierlichen Stroms geladener Sonnenteilchen schützt.

Jüngste Messungen mehrerer Weltraumbehörden – NASA, European Space Agency, Japan Aerospace Exploration Agency und Indian Space Research Organization – enthüllten eine beträchtliche Anzahl wasserbildender Ionen, die während des Monddurchgangs durch diesen Teil der Magnetosphäre vorhanden sind.

Diese Ionen haben sich seit dem späten schweren Bombardement langsam angesammelt.

Die Anwesenheit des Mondes im Schweif der Magnetosphäre, Magnetoschweif genannt, beeinflusst vorübergehend einige der magnetischen Feldlinien der Erde – diejenigen, die unterbrochen sind und viele Tausende von Kilometern einfach in den Weltraum abfallen. Nicht alle Feldlinien der Erde sind an beiden Enden mit dem Planeten verbunden; manche haben nur einen Befestigungspunkt. Stellen Sie sich jedes davon als einen Faden vor, der an einem windigen Tag an einer Stange befestigt ist.

Die Präsenz des Mondes im Magnetoschweif bewirkt, dass sich einige dieser unterbrochenen Feldlinien wieder mit ihrem gegenüberliegenden unterbrochenen Gegenstück verbinden. Wenn das passiert, strömen Wasserstoff- und Sauerstoffionen, die der Erde entkommen sind, zu diesen wiederverbundenen Feldlinien und werden zurück zur Erde beschleunigt.

Die Autoren des Papiers schlagen vor, dass viele dieser zurückkehrenden Ionen den vorbeiziehenden Mond treffen, der keine eigene Magnetosphäre hat, um sie abzustoßen.

„Es ist, als ob der Mond in der Dusche wäre – ein Schauer von Wasserionen, die zur Erde zurückkommen und auf die Mondoberfläche fallen“, sagte Kletetschka.

Die Ionen verbinden sich dann zum Mondpermafrost. Ein Teil davon wird durch geologische und andere Prozesse wie Asteroideneinschläge unter die Oberfläche getrieben, wo es zu flüssigem Wasser werden kann.

Das Forschungsteam verwendete Gravitationsdaten des Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA, um Polarregionen zusammen mit mehreren großen Mondkratern zu untersuchen. Anomalien bei unterirdischen Messungen an Einschlagskratern weisen auf Stellen mit gebrochenem Gestein hin, die geeignet sind, flüssiges Wasser oder Eis zu enthalten. Schwerkraftmessungen an diesen unterirdischen Stellen deuten auf das Vorhandensein von Eis oder flüssigem Wasser hin, heißt es in der Forschungsarbeit.

Die neueste Forschung baut auf Arbeiten auf, die im Dezember 2020 von vier der Autoren des neuen Papiers, darunter Kletetschka, veröffentlicht wurden.