Der Abstieg der Mondlandefähre Apollo 17 verursacht winzige Beben auf dem Mond (Bild: Public Domain / NASA / Harrison Schmitt)
Als die NASA-Astronauten Gene Cernan und Harrison Schmitt von der Apollo-17-Mission am 14. Dezember 1972 die Mondoberfläche verließen, ließen sie einige Dinge zurück – darunter eine US-Flagge, einen Mondbuggy und die Abstiegsstufe der Mondlandefähre.
Eine neue Studie von Forschern der California University of Technology hat ergeben, dass Letzteres regelmäßig zusätzliche, winzige „Mondbeben“ verursacht, die die Mondoberfläche erschüttern.
Diese Entdeckung ist ironischerweise auf eine andere Sache zurückzuführen, die Cernan und Schmitt in der Nähe ihres Landeplatzes zurückgelassen haben – eine Reihe von vier Geophonen, mit denen seismische Experimente durchgeführt wurden.
Diese Seismometer wurden zwischen Oktober 1976 und Mai 1977 zum passiven Abhören reaktiviert und zeichneten Tausende subtiler Erschütterungen auf dem Mond auf, die auf tägliche Temperaturschwankungen zurückzuführen waren.
Bisher war jedoch eine umfassende Analyse aufgrund der schlechten Qualität der Daten schwierig und verbarg die Tatsache, dass einige der Mondbeben nicht ganz das waren, was sie zunächst zu sein schienen.
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Im Bild: eines der Geophone aus dem Apollo 17 Lunar Seismic Profiling Experiment (Bild: NASA)
Da es keine Atmosphäre gibt, die ihn wie die Erde isoliert, unterliegt die Oberfläche des Mondes extremen Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht – der Übergang von wohligen 250 °F (121 °C) auf dem Höhepunkt des Tages zu kühlen -208 °F (-133 °C) in der Tiefe der Mondnacht.
Wenn sich die Mondoberfläche erwärmt, dehnt sie sich aus, und wenn sie wieder abkühlt, zieht sie sich zusammen. Diese Bewegungen führen zu Rissen in der Nähe der Oberfläche und Erschütterungen, die als „thermische Mondbeben“ bekannt sind.
In ihrer Studie verwendeten der Geophysiker Professor Allen Husker von der California University of Technology und seine Kollegen Techniken, die in den siebziger Jahren nicht verfügbar waren – wie maschinelles Lernen –, um die passiven seismischen Daten von Apollo 17 zu bereinigen und eine robustere Analyse durchzuführen.
Das Team stellte fest, dass thermische Mondbeben jeden Morgen und Nachmittag mit der Regelmäßigkeit eines Uhrwerks auftreten. Letztere entstehen dadurch, dass die Sonne ihren höchsten Stand am Himmel verlässt und die Mondoberfläche abkühlt.
Das künstliche Intelligenzmodell des Teams ergab jedoch, dass die am Morgen festgestellte seismische Aktivität ein anderes Profil aufweist – und es sich überhaupt nicht um reguläre thermische Mondbeben handelt.
Die Besatzung von Apollo 17 – Ronald Evans (links), Harrison Schmitt (rechts) und Eugene Cernan (sitzend) (Bild: NASA)
Mithilfe der Daten des Seismometer-Arrays zur Triangulation der Quelle der Morgenbeben stellten Husker und sein Team fest, dass sie von der links dahinter liegenden Abstiegsstufe der Mondlandefähre Apollo 17 stammten.
Diese Landebasis liegt nur wenige hundert Fuß von den Geophonen entfernt und besteht aus einem achteckigen Prisma mit einem Durchmesser von etwa 14 Fuß, das auf vier Beinen montiert ist und über eine daran befestigte Leiter verfügt, über die Astronauten in das darauf befindliche Modul ein- und aussteigen können.
Es enthielt die Landerakete, Treibstofftanks sowie Stauraum für Ausrüstung und den Mondrover – und diente als Startrampe für das Aufstiegsmodul.
Die Forscher glauben, dass es die zusätzlichen Mondbeben verursacht, wenn es sich im Morgensonnenlicht erwärmt und ausdehnt
Husker erklärte: „Jeden Mondmorgen, wenn die Sonne auf den Lander trifft, beginnt er abzuplatzen!
„Alle fünf bis sechs Minuten ein weiteres – über einen Zeitraum von fünf bis sieben Erdstunden. Sie waren unglaublich regelmäßig und wiederholten sich.“
Im Bild: Seismische Signaturen regelmäßig auftretender Mondbeben (Bild: Civilini et al./ Journal of Geophysical Research: Planets)
Auch wenn der Befund unbedeutend erscheint, kann er der NASA tatsächlich helfen, da sie im Rahmen des Artemis-Programms in den kommenden Jahren Menschen zum Mond zurückbringen will.
Thermische Mondbeben sind möglicherweise zu subtil, als dass ein Astronaut sie auf der Mondoberfläche spüren könnte. Die Studie liefert Einblicke in die Arten der thermischen Ausdehnung und Kontraktion, die Mondlander, Rover, wissenschaftliche Geräte und sogar zukünftige Stützpunkte tolerieren müssen.
Husker erklärt, dass die Lander, die bei den anderen Apollo-Missionen eingesetzt wurden, wahrscheinlich ebenfalls ähnlichen temperaturbedingten Belastungen ausgesetzt sind.
Der Grund dafür, dass wir bei Apollo 17 jedoch nur landerbedingte Mondbeben entdeckt haben, liegt darin, dass die bei diesen Missionen eingesetzten Seismometer mit der falschen Frequenz arbeiten, um solch subtile Erschütterungen aufzuspüren.
Im Bild: ein Foto des Landeplatzes von Apollo 17, das den Lander und die ASLEP-Seismometer zeigt (Bild: NASA)
Seismologische Untersuchungen des Mondes sind – wie auf der Erde – auch eine gute Möglichkeit, einen Blick auf die Struktur unter der Oberfläche zu werfen. Dies liegt daran, dass sich seismische Wellen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten.
Husker fügt hinzu, dass wir mithilfe von Mondbeben „hoffentlich in der Lage sein werden, die Kraterbildung unter der Oberfläche zu kartieren und nach Ablagerungen zu suchen.“
(Tatsächlich war dies der ursprüngliche Zweck des „Lunar Seismic Profiling Experiment“ von Apollo 17 – das, wie die NASA erklärt, künstliche Mondbeben nutzte, um „Daten über die physikalischen Eigenschaften der oberflächennahen Materialien des Mondes zu sammeln“. Diese Beben wurden hauptsächlich durch erzeugt Sprengladungen, aber das Seismometer-Array zeichnete auch die Erschütterungen auf, die erzeugt wurden, als zuerst das Mondaufstiegsmodul abgeschossen wurde – und später, als das verbrauchte und verlassene Raumschiff wieder auf die Mondoberfläche krachen durfte.)
Husker fuhr fort: „Es gibt auch bestimmte Regionen in Kratern am Südpol des Mondes, die nie Sonnenlicht sehen; sie liegen permanent im Schatten.
„Wenn wir dort ein paar Seismometer aufstellen könnten, könnten wir nach Wassereis suchen, das möglicherweise im Untergrund eingeschlossen ist. Seismische Wellen breiten sich langsamer durch Wasser aus.“
Wassereis ist von großem Interesse, da es möglicherweise in seine Sauerstoff- und Wasserstoffbestandteile zerlegt werden könnte, um Astronauten auf zukünftigen Mondmissionen sowohl mit lebenserhaltender Luft als auch mit der Möglichkeit zur Treibstoffproduktion zu versorgen.
Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden im Journal of Geophysical Research: Planets veröffentlicht.
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