Forscher der TU Dortmund weisen Wasser auf der gesamten Mondoberfläche nach

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Bis vor wenigen Jahren ging die wissenschaftliche Community davon aus, dass die Mondoberfläche trocken ist. 2009 gelang der Durchbruch: Die Analyse von Infrarotmessungen belegte 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 auf der Mondoberfläche sogar deutlich mehr Wasser vorhanden ist, als man bislang nachweisen konnte. Ihre Ergebnisse haben die Forscher in Science Advances veröffentlicht, dem Open-Access-Magazin der renommierten Fachzeitschrift Science.

Christian Wöhler ist Physiker und seit 2010 Professor für Bildsignalverarbeitung an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik. Gemeinsam mit Dr. Arne Grumpe und zwei russischen Kollegen hat er Infrarotmessungen analysiert, die ein Spektrometer an Bord der indischen Raumsonde Chandrayaan-1 im Jahr 2009 aufgenommen hatte. Dazu haben die Forscher eine neue Methode entwickelt, die eine genauere Analyse ermöglicht und daher zu neuen Erkenntnissen führt. „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 diesem Fall 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 des Mondes. Darüber hinaus zeigt ihre Analyse, dass sich die Verteilung des Wassers im Verlauf des „Mondtages“ verändert.

Die Verteilung von Wasser bzw. Hydroxyl auf der westlichen Hälfte des Mondes am Morgen, Mittag und Nachmittag: Blaue Farbtöne bedeuten hohe und gelb-rötliche Farbtöne geringe Konzentrationen. (Bild: TU Dortmund)

Um zu verstehen, wie den Forschern dieser Nachweis gelingen konnte, stellt sich zunächst die Frage, woher das Wasser auf dem Mond kommt: Hierfür soll der Sonnenwind verantwortlich sein. Er enthält Protonen, also Wasserstoffkerne, die mit dem Sauerstoff im Gestein der Mondoberfläche reagieren. Wie genau diese Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen aussehen, können die Forscher noch gar nicht sagen. Sie vermuten daher, dass es sich um Wasser (H2O) oder Hydroxyl (OH) handelt. Da die chemische Bindung mit dem Oberflächenmaterial nicht stark ist, löst sie sich im Laufe des Mondtages durch Prozesse wie Verdampfung schnell wieder.

Für die Analyse der Infrarotmessungen nutzte das Team das Wissen, dass Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen wie Wasser und Hydroxyl Licht bei einer Wellenlänge von drei Mikrometern absorbieren. Dieses Phänomen zeigte ihnen, dass das Wasser beinahe überall in der Oberfläche gebunden ist. Ihre Ergebnisse machen außerdem deutlich, dass sich die Verteilung des Wassers im Laufe des Mondtages ändert: So zeigen die Hochland-Regionen in den nördlichen und südlichen Breiten 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 Forschungsergebnisse von Prof. Wöhler und seinem Team machen außerdem deutlich, dass die Entstehung von Wasser oder Hydroxyl auf der Mondoberfläche noch genauer untersucht werden muss. Die Forscher gehen davon aus, dass in den Hochland-Regionen chemisch stärker gebundene Wasser- bzw. Hydroxyl-Komponenten vorhanden sein müssen, die sich nicht auflösen, sondern den ganzen Tag lang bestehen bleiben. Diese können nicht durch die Absorption von Protonen des Sonnenwinds erklärt werden. Dieser Fragestellung widmen sich die Forscher im weiteren Verlauf ihrer Kooperation, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Russian Federation of Basic Research (RFBR) gefördert wird.

 

Veröffentlichung:

Christian Wöhler, Arne Grumpe, Alexey A. Berezhnoy and Vladislav V. Shevchenko: Time-of-day–dependent global distribution of lunar surficial water/hydroxyl. Science Advances  08 Sep 2017: Vol. 3, no. 9, e1701286, DOI: 10.1126/sciadv.1701286

Quelle: off. Pm der TU Dortmund

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Pia Gaupels

Pia Gaupels, 30, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. Sie hat die Facebook-Seite GeoHorizon gegründet. Zudem hat sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung.