Warum es Eile gibt, den rätselhaften Südpol des Mondes zu erkunden

Es ist ein Ort, an dem noch nie ein von Menschenhand geschaffenes Objekt gerollt ist. Letzte Woche jedoch glitt der winzige Rover Pragyaan eine Rampe von seinem Mutterschiff, dem indischen Vikram-Lander, hinunter und begann, die Region um den Südpol des Mondes zu erkunden.

Das unbemannte Raumschiff ist so etwas wie ein Pionier – es war das erste, dem eine sanfte Landung in der kalten, von Kratern übersäten Mondpolarlandschaft gelang. Während die Apollo-Missionen der 1960er und 70er Jahre hauptsächlich in der Nähe des Mondäquators landeten, landete der Lander der indischen Mission Chandrayaan-3 erfolgreich etwa 370 Meilen (600 km) vom Südpol des Mondes entfernt, näher als jedes andere Raumschiff an diesem Ort.

Es kam unmittelbar nach einem gescheiterten russischen Versuch zwei Tage zuvor, der Raumsonde Luna-25, die außer Kontrolle geriet und abstürzte. Indiens Mission ist der Beginn einer Flut an Aktivitäten an diesem rätselhaften Teil der Mondoberfläche, die später in diesem Jahrzehnt letztendlich dazu führen wird, dass Menschen dort ihren Fuß setzen.

„Es ist einfach unglaublich, dass das passiert“, sagt Simeon Barber, ein Planetenforscher an der Open University im Vereinigten Königreich.

Neben Indien und Russland haben auch die USA und China den Südpol des Mondes im Visier. Dort hoffen sie, einige der faszinierendsten Geheimnisse des Mondes zu erforschen und vielleicht sogar zu nutzen, was sie finden.

Aber was macht den Südpol des Mondes so attraktiv für diese Besucher?

Der Lander Vikram, hier abgebildet vom Rover Pragyan, ist die erste Raumsonde, die am Südpol des Mondes landet. Die Mission hat bereits neue Erkenntnisse geliefert (Quelle: ISRO)

Chandrayaan-3 und sein koffergroßer Rover haben bereits ein paar verlockende Hinweise auf die seltsame Umgebung gesendet, in der sie sich befinden. Der Pragyaan-Rover bewegt sich mit etwa 1 cm (0,4 Zoll) pro Sekunde über die staubige Oberfläche und hat sich dabei mehrere Meter entfernt von seinem Mutterschiff.

Während er seine Sensoren in den Mondboden bohrte, entdeckte er einen merkwürdig starken Temperaturabfall unter der Oberfläche. An der Oberfläche wurde eine Temperatur von etwa 50 °C (120 °F) gemessen, aber nur 80 mm (3 Zoll) darunter fiel die Temperatur auf -10 °C (14 °F) – ein Temperaturunterschied, der die Wissenschaftler „überrascht“ hat.

Die an Bord befindlichen chemischen Analysegeräte haben außerdem das Vorhandensein von Schwefel, Aluminium, Kalzium, Eisen, Titan, Mangan, Chrom und Sauerstoff im Mondboden angezeigt.

Diese beiden frühen Erkenntnisse deuten darauf hin, warum Wissenschaftler begierig darauf sind, die Südpolregion des Mondes zu erforschen.

Die flache Rotationsachse des Mondes, die 1,5 Grad im Vergleich zu den 23,5 Grad der Erde beträgt, bedeutet, dass einige Krater an seinen Polen nie Sonnenlicht sehen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass dies in Verbindung mit den niedrigen Temperaturen an diesen Orten zu einer Fülle von Eis geführt hat, von dem ein Großteil aus Wasser besteht und das entweder in den Boden eingemischt ist oder an der Oberfläche freiliegt. Es besteht die Hoffnung, dass das Eis sowohl als Ressource für Astronauten als auch als Sprungbrett für zukünftige wissenschaftliche Entdeckungen genutzt werden könnte. „Es ist ein einzigartiger Ort“, sagt Saumitra Mukherjee, Professorin für Geologie an der Jawaharlal Nehru University in Neu-Delhi, Indien. „Die Verfügbarkeit von Wasser ist sehr wichtig.“

Unser bester Beweis für Wassereis auf dem Mond stammt von einem NASA-Experiment im Oktober 2009, bei dem eine leere Rakete gezielt in einen Krater am Südpol geschleudert wurde. „Die Materialwolke wies Hinweise auf Wasser auf“, sagt Margaret Landis, Planetenforscherin an der University of Colorado in Boulder in den USA. „Das ist unsere einzige direkte Beobachtung von Wassereis auf dem Mond.“

Andere Daten deuten auf ein höheres Reflexionsvermögen an den Polen hin, was wahrscheinlich auf Eis zurückzuführen ist, während an den Polen eine höhere Menge Wasserstoff beobachtet wurde, was möglicherweise auf Wassereis zurückzuführen ist. Letztes Jahr flog der Wissenschaftler William Reach vom Ames Research Center der Nasa in Kalifornien mit dem inzwischen ausgemusterten Sofia-Teleskop der Nasa in einem Flugzeug zur Untersuchung des Mondes und fand Hinweise auf Wasserstoff „direkt außerhalb“ des Landeplatzes, der seitdem von Chandrayaan-3s Vikram und seinem Rover besetzt ist Landung am 23. August.

Diese jüngsten Entdeckungen von Wassereis haben ein erneutes Interesse an der Erforschung des Mondes und insbesondere seines Südpols geweckt.

Indiens Lander und Rover werden es Wissenschaftlern nun ermöglichen, „Theorien zu testen, die Mondforscher über das Vorhandensein von Wassereis im Mondboden aufgestellt haben“, sagt Aanchal Sharma, ein ehemaliger Ingenieur der Indian Space Research Organization (ISRO), der jetzt an der Universität arbeitet von Trient, Italien.

Während die Daten von Chandrayaan-3 nützlich sein werden, sind es die späteren Missionen, die näher am Südpol landen werden, auf die Wissenschaftler besonders gespannt sind. Hier gibt es Krater, die als Permanent Shadowed Regions (PSRs) bekannt sind. Diese werden manchmal als „Krater der ewigen Dunkelheit“ bezeichnet und sind so geneigt, dass die Sonnenstrahlen nie ihr Inneres erreichen, was bedeutet, dass sie möglicherweise für Milliarden von Jahren Eis gespeichert haben. Der Südpol hat mehr Krater als der Nordpol, was wahrscheinlich ein zufälliges Ergebnis davon ist, wie viele Meteoriteneinschläge die Oberfläche getroffen haben, was den Südpol zu einem attraktiveren Ziel macht.

Die Temperaturen in PSRs können unter -200 °C (-390 °F) fallen, was sie zu idealen Standorten für die Suche nach Eis macht. Ein Nasa-Rover namens Viper, der Ende 2024 zum Südpol des Mondes aufbrechen soll, wird in einige dieser PSRs fahren und die Scheinwerfer einschalten, um – im wahrsten Sinne des Wortes – Licht in ihre Geheimnisse zu bringen. Die Mission sollte uns sagen, ob es „blockige Eisbrocken“ oder „kleine Kristalle, die in eine sandige Mischung gemischt sind“ gibt, sagt Dan Andrews vom Ames Research Center der Nasa, Vipers Projektmanager.

Viper ist jedoch möglicherweise nicht die erste Mission, die ein PSR betritt. Eine frühere Mission namens Micro-Nova Hopper der US-Firma Intuitive Machines könnte Anfang 2024 zum Mond geschickt werden. Ihr fehlen zwar die Instrumente von Viper, etwa ein Bohrer, um in die Oberfläche zu graben, sie wird jedoch deren Triebwerke nutzen um in ein PSR am Südpol des Mondes zu „springen“ und uns so unseren ersten Blick ins Innere zu ermöglichen.

Dies sind jedoch nicht die einzigen Missionen, die den Südpol des Mondes zum Ziel haben. Eine indische Folgemission in Partnerschaft mit Japan, Chandrayaan-4, wird ebenfalls hierher starten, während China seine Absicht signalisiert hat, in dieser Region zu landen, und Russland eine weitere Südpolmission geplant hat.

Wassereis weckt dieses Interesse. Wenn es in Hülle und Fülle vorhanden und zugänglich ist, könnte es eine wertvolle Ressource sowohl für menschliche Siedlungen auf dem Mond als auch für die Erforschung weiter entfernter Sonnensysteme sein. Wenn das Eis vom Mondboden entfernt werden kann, könnte es in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden, einem Schlüsselbestandteil von Raketentreibstoff oder einer potenziellen Trinkwasser- und Sauerstoffquelle für menschliche Siedlungen.

„Der einfachste Weg, es abzubauen, besteht darin, den eisigen Boden auszugraben und ihn in eine Art Ofen zu legen, um das Eis zu sublimieren“, sagt Kevin Cannon, Assistenzprofessor für Geologie an der Colorado School of Mines in den USA. „Wir könnten so viel Treibstoff in ein Depot stecken, dass eine Rakete um ein Vielfaches auftanken und das äußere Sonnensystem erreichen könnte. Außerdem gibt es Zugang zu Orten, die bis zu 90 % des Jahres beleuchtet sind, was gute Sonnenenergie für die Bodenbearbeitung liefert.“ in Sauerstoff und Metalle wie Aluminium.

Diese Träume von einer Reise in den Weltraum und einem Leben auf dem Mond liegen näher, als man denkt. Im Jahr 2025 plant die NASA im Rahmen ihrer Artemis-III-Mission zum ersten Mal seit einem halben Jahrhundert Menschen mit einem SpaceX-Lander auf der Mondoberfläche landen zu lassen. Sie werden an einem derzeit nicht ausgewählten Ort am Südpol landen und zum ersten Mal direkt nach Eis suchen.

„Die Hauptziele dieser Mission bestehen darin, zu lernen, wie man in den Polarregionen landet und operiert“, sagt Jacob Bleacher, leitender Explorationswissenschaftler der NASA. Abhängig von der Beschaffenheit des Eises, das bei früheren Missionen wie Viper am Südpol entdeckt wurde, werden die Astronauten wahrscheinlich Werkzeuge mit sich führen, um etwas davon einzusammeln und zur Erde zurückzubringen. Zukünftige Artemis-Missionen könnten dann versuchen, diese Ressource stärker zu nutzen. „Es handelt sich um eine iterative Abfolge von Schritten“, sagt Bleacher.

Die Aussicht auf andere potenziell nutzbare Mineralien und Metalle auf der Mondoberfläche könnte ebenfalls abgebaut und von Astronauten genutzt werden, um die Infrastruktur aufzubauen, die sie dort zum Überleben benötigen.

Die südlichen Breitengrade des Mondes sind stark von Kratern übersät, wie auf dieser Gravitationskarte der Oberfläche zu sehen ist, wobei Rot Hochebenen und Lila Tiefebenen anzeigt (Quelle: Nasa).

Es gibt auch viele wissenschaftliche Gründe, den Südpol des Mondes zu erforschen. Wissenschaftler sind bestrebt, den Ursprung des Wassers auf dem Mond zu klären, das möglicherweise vor Milliarden von Jahren von alten Mondvulkanen ausgebrochen ist, von Asteroiden oder Kometen geliefert oder sogar vom Sonnenwind getragen wurde. „Was am Wasser auf dem Mond wirklich spannend ist, ist wirklich zu verstehen, wie Gesteinsplaneten ihr Wasser bekommen, was ein wichtiger Teil ihrer Bewohnbarkeit ist“, sagt Landis. „Wenn wir verstehen, wie der Mond an sein Wasser kam, können wir mehr über die Erde und auch über felsige Exoplaneten [in anderen Sonnensystemen] erfahren.“

Darüber hinaus hat der chinesische Rover Chang'e-4 Beweise für einen riesigen Krater nahe dem Südpol des Mondes gefunden, der auf einen heftigen Einschlag zu Beginn seines Lebens zurückzuführen ist und über den Wissenschaftler unbedingt mehr erfahren möchten. „Wir können einen Querschnitt des vergrabenen Kraters sehen“, sagt Jianqing Feng vom Planetary Science Institute in Arizona mithilfe von Radar.

Brett Deveni, ein Planetenwissenschaftler am Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University in Maryland, USA, der Anfang dieses Monats ausgewählt wurde, ein Geologieteam zu leiten, um wissenschaftliche Ziele für die Artemis-III-Astronauten festzulegen, weist ebenfalls darauf hin, dass das Gelände am Südpol einiges davon ist der älteste auf dem Mond, mit weniger Hinweisen auf jüngsten Vulkanismus. „Das bietet eine fantastische Gelegenheit, einige der wirklich frühen Prozesse im Sonnensystem zu untersuchen, die auf der Erde nicht aufgezeichnet wurden“, sagt sie. Devenis Team ist bestrebt, weitere Rätsel über den Mond zu lösen, etwa, warum seine Rückseite viel mehr Krater aufweist als die Vorderseite, und die Natur eines Magmaozeans, der wahrscheinlich einst seine Oberfläche bedeckte. „Wir haben immer noch diese wirklich grundlegenden Fragen zum Mond“, sagt sie.

Chandrayaan-3 könnte nur der Anfang sein, diese Fragen zu beantworten und vielleicht sogar wie nie zuvor auf dem Mond zu leben und zu arbeiten. „Wir fliegen zum Mond, um zu lernen, wie man im Sonnensystem überlebt, und um einen Plan für die Erforschung des Weltraums zu erstellen“, sagt Bleacher. „Und wir werden etwas über die Geschichte des Sonnensystems erfahren können.

„Das ist wirklich ein nächster großer Schritt für die Menschheit.“

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