Wie unterscheidet sich das Wasser auf dem Mond vom Wasser auf der Erde?

Dass es auf dem Mond Wasser gibt, und zwar möglicherweise in Hülle und Fülle, ist nichts Neues. Jüngste Studien deuten jedoch unerwartet darauf hin, dass es sich in einem auf der Erde nicht möglichen Prozess kontinuierlich bildet.

Wasser ist ein besonderer Stoff, wirklich besonders sind seine Eigenschaften, und es wird angenommen, dass seine Existenz in flüssigem Zustand eine Voraussetzung für die Entstehung und Entwicklung von Leben auf anderen Planeten als der Erde ist.

Die Verteilung von Wasser auf der Erdoberfläche ist mehr als trügerisch. Da es etwa 70% der gesamten Oberfläche bedeckt, erweckt es den Eindruck, dass es auf der Erde in großem Überfluss vorhanden ist. Dieser irreführende Eindruck hat vielleicht zu dem Irrglauben geführt, dass wir es uns angesichts seiner immensen Menge leisten können, es zu verschwenden oder zu verschmutzen: Aber nichts könnte falscher sein!

Wie viel Wasser gibt es auf der Erde?

Die Gesamtmenge an Wasser auf unserem Planeten ist nicht sehr groß, man kann sogar sagen, dass sie relativ klein ist. Seine Masse beträgt nur 0,2 % der Gesamtmasse der Erde. Auf jedes "Kilogramm" Erde kommen nur zwei "Gramm" Wasser. Der Prozentsatz sinkt auf 0,005%, wenn wir uns nur auf Süßwasser beschränken. Auf 1000 Kilogramm Erde kommen nur 5 Gramm Süßwasser.

Das Titelbild vermittelt eine sehr gute Vorstellung vom Verhältnis zwischen der gesamten Wassermenge, die in einer Kugel eingeschlossen ist, und dem Süßwasser, das in der kleinsten Kugel eingeschlossen ist, gemessen an der Größe der Erde.

Woher das Wasser auf der Erde kommt

Der Ursprung des Wassers auf der Erde war Gegenstand zahlreicher Studien, insbesondere in den letzten Jahren. Anfänglich dachte man, dass das Wasser aus dem Weltraum kam und durch Kometen, Asteroiden und Meteoriten auf die Erde transportiert wurde. Der Ursprung des Wassers auf der Erde war Gegenstand zahlreicher Studien.

In der Frühphase des Lebens auf der Erde war das gesamte Sonnensystem sehr reich an Asteroiden und Kometen, so dass die Häufigkeit von Einschlägen besonders hoch war.

Kürzlich wurde erfolgreich die Hypothese aufgestellt, dass Wasser bereits in der proto-planetaren Scheibe vorhanden war, aus der sich die Erde bildete. Nach dieser Hypothese hätte sich die Erde also bereits mit einem eigenen Wasservorrat gebildet. Vielleicht war die anfängliche Wassermenge größer, verdampfte dann teilweise und entkam der Schwerkraft der Erde aufgrund der anfänglich sehr hohen Temperatur des Planeten.

Protopanetenscheibe — Künstlerische Darstellung einer proto-planetarischen Scheibe, in der sich Planeten bilden werden und in der bereits Wasser vorhanden ist. Kredit: ESO/L. CALÇADA.

In jüngster Zeit wurde diese Hypothese durch die Beobachtung des James Webb Space Telescope über das Vorhandensein von Wasser in der proto-planetaren Scheibe des Sterns PDS 70 gestützt. Konkret wurde Wasser im dampfförmigen Zustand in der Scheibe gefunden, in der sich zwei Exoplaneten PDS 70 b und PDS 70 c bilden.

Diese Beobachtung zeigt, dass Wasser bereits in den Staub- und Gasscheiben vorhanden ist, in denen sich Planeten bilden, wie es bei der Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren der Fall war.

Wie Wasser auf dem Mond entdeckt wurde

Der Mond strahlt bekanntlich kein eigenes Licht aus, sondern reflektiert sowohl direktes als auch indirektes Sonnenlicht. Dieses vom Mond reflektierte Licht hat also alle Eigenschaften des Sonnenlichts. Es hat aber auch Besonderheiten (nämlich Streifen und Absorptionsbanden), die je nach der Beschaffenheit des Mondgesteins, das es reflektiert, dem Sonnenspektrum hinzukommen.

Luna — Esempio di immagine presa da SOFIA da cui di deriva presenza di acqua nel sottosuolo lunare. Credit: NASA/SOFIA

Die Beobachtung von Wassermolekülbanden im reflektierten Sonnenspektrum des Mondes zeigte das Vorhandensein von Wasser in einigen Regionen des Mondes.

Die Bestätigung des Vorhandenseins von Wasser auf dem Mond kam dank SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). Dabei handelte es sich um ein NASA-Teleskop mit einem Durchmesser von 2,5 m, das auf einer Boeing 747 montiert war. Dieses Flugzeug flog in Höhen über 12,5 km, d.h. über der Stratosphäre, in der es keinen irdischen Wasserdampf mehr gibt, und beobachtete das Mondlicht im Infraroten, in dem es das Vorhandensein von Wasser nachwies.

Aber wie wird sie gebildet?

Kürzlich wurde in einer in Nature Geoscience veröffentlichten Studie unter der Erstunterschrift von Huicun He von der Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking, China, die Entdeckung des Vorkommens von Wasser in Mondgesteinsproben bekannt gegeben, die von einem chinesischen Roboter, dem Chang-e5, entnommen und anschließend zur Analyse auf die Erde zurückgebracht wurden. Das Wasser wurde auf der Oberfläche von Glaskugeln gefunden, die bei Meteoriteneinschlägen entstanden sind.

Wenn ein Meteoriteneinschlag auf der Mondoberfläche stattgefunden hat oder noch stattfindet, schmilzt das Siliziumgestein an der Einschlagstelle aufgrund der hohen Temperaturen, die dabei entstehen, und verdampft sogar zu Glaskugeln.

Diese Glaskugeln haben eine poröse Oberfläche, die in der Lage ist, Wasser aufzufangen. Aber die sensationelle Entdeckung ist, dass das Wasser in den Kugeln ständig durch den Sonnenwind gebildet wird, der ständig gegen die Mondoberfläche prallt.

Anders als die Erde hat der Mond kein Magnetfeld, das ihn vor dem Sonnenwind schützt.

Die Wassermoleküle entstehen durch die Wechselwirkung der im Sonnenwind vorhandenen Protonen mit den bereits im Gestein vorhandenen Elektronen, wobei Wasserstoffatome gebildet werden, die sich dann mit dem bereits auf der Oberfläche dieser Kügelchen vorhandenen Sauerstoff verbinden und so Wassermoleküle bilden.

Die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit der Mondoberfläche führt zur Bildung von Wassermolekülen, die auf der Oberfläche von Glaskugeln gefangen sind.

Das bedeutet, dass sowohl in schattigen Regionen, wie in Einschlagskratern, als auch in Regionen, die direkt der Sonne ausgesetzt sind, wie von SOFIA beobachtet, eine kontinuierliche Wasserproduktion stattfindet.

Dieser Mechanismus zur Wassergewinnung kann auf der Erde nicht funktionieren, da der Sonnenwind aufgrund des Erdmagnetfeldes die Oberfläche nicht erreichen kann (zum Glück, denn es handelt sich um einen elektrischen Wind).

Welchen Nutzen hat das Wasser auf dem Mond für uns?

Das Vorhandensein von Wasser auf dem Mond ist wichtig für das Artemis-Programm. Dieses Projekt zielt auf eine langfristige menschliche Besiedlung des Mondes ab.Die Entdeckung von Wasser erweist sich als entscheidend, da es permanente Einrichtungen und zukünftige menschliche Siedlungen versorgen könnte.

In der Tat ist das ehrgeizigste Ziel für den Menschen der Mars. Aber aus Gründen der Bequemlichkeit bietet der Mond eine billigere Möglichkeit, uns auf eine mögliche Besiedlung des roten Planeten vorzubereiten. Wegen seiner Nähe und leichteren Erreichbarkeit würde der Mond es uns nämlich ermöglichen, das Leben in einer feindlichen Umgebung zu üben und mit verschiedenen Systemen und Modi zu experimentieren, die wir dann auf dem Mars einsetzen könnten.

Auf dem Mond werden wir in der Lage sein, menschliche Lebensräume zu schaffen und Technologien und Praktiken zu testen, die uns helfen könnten, autarke Außenposten auf dem Mars zu errichten.

Der Wettlauf zum Mond ist mit großem Elan wieder aufgenommen worden. Nach der gescheiterten Mondlandung der russischen Sonde Moon-25 startete am 23. August die indische Sonde Chandrayaan-3, deren Rover bereits seine Mission zur wissenschaftlichen Erkundung des Mondbodens begonnen hat.