Ein aufregender Meilenstein für Mondforscher auf der ganzen Welt, als der indische Lander Chandrayaan-3 am 23. August 2023 375 Meilen (600 km) vom Südpol des Mondes aufsetzte.
In knapp 14 Erdentagen lieferte Chandrayaan-3 Wissenschaftlern wertvolle neue Daten und weitere Inspirationen für die Erforschung des Mondes. Und die indische Weltraumforschungsorganisation hat diese ersten Ergebnisse mit der Welt geteilt.
Während die Daten des Rovers von Chandrayaan-3 mit dem Namen Pragyan, was auf Sanskrit „Weisheit“ bedeutet, zeigten, dass der Mondboden die erwarteten Elemente wie Eisen, Titan, Aluminium und Kalzium enthält, zeigten sie auch eine unerwartete Überraschung: Schwefel.
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Planetenforscher wie ich wussten, dass Schwefel in Mondgesteinen und -böden vorhanden ist, allerdings nur in sehr geringer Konzentration. Diese neuen Messungen deuten darauf hin, dass möglicherweise eine höhere Schwefelkonzentration vorliegt als erwartet.
Pragyan verfügt über zwei Instrumente, die die Elementzusammensetzung des Bodens analysieren – ein Alphateilchen-Röntgenspektrometer und ein Laser-induziertes Abbauspektrometer, kurz LIBS. Beide Instrumente maßen Schwefel im Boden in der Nähe des Landeplatzes.
Schwefel in Böden in der Nähe der Mondpole könnte Astronauten eines Tages dabei helfen, vom Land aus zu leben, was diese Messungen zu einem Beispiel für Wissenschaft macht, die Erkundungen ermöglicht.
Geologie des Mondes
Auf der Mondoberfläche gibt es zwei Hauptgesteinsarten: dunkles Vulkangestein und helleres Hochlandgestein. Der Helligkeitsunterschied zwischen diesen beiden Materialien erzeugt für das bloße Auge das bekannte Bild eines „Mannes im Mond“ oder eines „Kaninchens, das Reis pflückt“.
Wissenschaftler, die in Laboren auf der Erde die Zusammensetzung von Mondgestein und Boden messen, haben herausgefunden, dass Materialien aus den dunklen Vulkanebenen tendenziell mehr Schwefel enthalten als das hellere Hochlandmaterial.
Schwefel stammt hauptsächlich aus vulkanischer Aktivität. Gesteine tief im Mond enthalten Schwefel, und wenn diese Gesteine schmelzen, wird der Schwefel Teil des Magmas. Wenn sich das geschmolzene Gestein der Oberfläche nähert, wird der größte Teil des Schwefels im Magma zu einem Gas, das zusammen mit Wasserdampf und Kohlendioxid freigesetzt wird.
Ein Teil des Schwefels verbleibt im Magma und wird nach dem Abkühlen im Gestein zurückgehalten. Dieser Prozess erklärt, warum Schwefel hauptsächlich mit den dunklen Vulkangesteinen des Mondes in Verbindung gebracht wird.
Die Messungen von Schwefel im Boden durch Chandrayaan-3 sind die ersten, die auf dem Mond durchgeführt wurden. Die genaue Schwefelmenge kann erst ermittelt werden, wenn die Datenkalibrierung abgeschlossen ist.
Die vom LIBS-Instrument auf Pragyan gesammelten unkalibrierten Daten legen nahe, dass die Hochlandböden des Mondes in der Nähe der Pole möglicherweise eine höhere Schwefelkonzentration aufweisen als Hochlandböden am Äquator und möglicherweise sogar höher als die dunklen Vulkanböden.
Diese ersten Ergebnisse geben Planetenforschern wie mir, die den Mond erforschen, neue Einblicke in seine Funktionsweise als geologisches System. Aber wir müssen noch abwarten, ob die vollständig kalibrierten Daten des Chandrayaan-3-Teams eine erhöhte Schwefelkonzentration bestätigen.
Atmosphärische Schwefelbildung
Die Messung von Schwefel ist für Wissenschaftler aus mindestens zwei Gründen interessant. Erstens deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Hochlandböden an den Mondpolen eine grundlegend andere Zusammensetzung haben könnten als die Hochlandböden in den Mondäquatorregionen. Dieser Unterschied in der Zusammensetzung ist wahrscheinlich auf die unterschiedlichen Umweltbedingungen zwischen den beiden Regionen zurückzuführen – die Pole erhalten weniger direktes Sonnenlicht.
Zweitens deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass es in den Polarregionen irgendwie mehr Schwefel gibt. Der hier konzentrierte Schwefel könnte sich aus der äußerst dünnen Mondatmosphäre gebildet haben.
Die Polarregionen des Mondes erhalten weniger direktes Sonnenlicht und weisen daher im Vergleich zum Rest des Mondes extrem niedrige Temperaturen auf. Wenn die Oberflächentemperatur unter -73 °C (-99 °F) sinkt, könnte sich Schwefel aus der Mondatmosphäre in fester Form auf der Oberfläche ansammeln – wie Reif auf einem Fenster.
Schwefel an den Polen könnte auch von antiken Vulkanausbrüchen auf der Mondoberfläche oder von schwefelhaltigen Meteoriten stammen, die auf der Mondoberfläche aufschlugen und beim Aufprall verdampften.
Mondschwefel als Ressource
Für langfristige Weltraummissionen haben viele Agenturen darüber nachgedacht, eine Art Basis auf dem Mond zu errichten. Astronauten und Roboter könnten von der Südpolbasis aus reisen, um natürlich vorkommende Materialien wie Schwefel auf dem Mond zu sammeln, zu verarbeiten, zu lagern und zu nutzen – ein Konzept, das als In-situ-Ressourcennutzung bezeichnet wird.
Die In-situ-Ressourcennutzung bedeutet weniger Reisen zurück zur Erde, um Vorräte zu besorgen, und mehr Zeit und Energie für die Erkundung. Mithilfe von Schwefel als Ressource könnten Astronauten Solarzellen und Batterien bauen, die Schwefel verwenden, schwefelhaltige Düngemittel anmischen und schwefelbasierten Beton für den Bau herstellen.
Schwefelbeton hat tatsächlich mehrere Vorteile im Vergleich zu dem Beton, der normalerweise bei Bauprojekten auf der Erde verwendet wird.
Zum einen härtet Beton auf Schwefelbasis innerhalb von Stunden statt Wochen aus und wird fester, außerdem ist er widerstandsfähiger gegen Verschleiß. Außerdem ist kein Wasser in der Mischung erforderlich, sodass Astronauten ihr wertvolles Wasser zum Trinken, zur Herstellung von atembarem Sauerstoff und zur Herstellung von Raketentreibstoff aufheben könnten.
Während derzeit sieben Missionen auf oder um den Mond durchgeführt werden, wurde die Südpolregion des Mondes bisher noch nicht von der Oberfläche aus untersucht. Daher werden Pragyans neue Messungen Planetenforschern helfen, die geologische Geschichte des Mondes zu verstehen. Dadurch können Mondforscher wie ich auch neue Fragen zur Entstehung und Entwicklung des Mondes stellen.