Eine kürzlich in Nature Astronomy veröffentlichte Studie der University of Hawaii (UH) im gleichnamigen US-Bundesstaat windet sich den Fragestellungen rund um die Suche nach Wassereis auf der Mondoberfläche. Dass es Wasser in den permanent abgeschatteten Regionen des Mondnord- und -südpols gibt, ist inzwischen bestätigt.

Das wird der geringen axialen Neigung des Mondes von nur 1,5 Grad im Vergleich zu 23,5 Grad auf der Erde beigemessen. Neben der Frage, ob und wenn ja wieviel Wasser es auf dem Mond gibt, stellt sich immer wieder die Frage, wie es dort hingekommen sein könnte.

Die herrschende These zur Entstehung des Mondes liefert dafür immerhin keine Erklärung. Sie besagt nämlich, dass der Mond sich aus einem marsgroßen Objekt gebildet hat, das vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, also etwa 100 Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde, mit unseren Planeten kollidiert sein soll.

Die neue Studie konzentriert sich nun auf das Magnetfeld der Erde, das durch den sich drehenden flüssigen äußeren Kern des Planeten erzeugt wird. Dieses Magnetfeld schirmt uns vor der Sonnenstrahlung und sonstigen Weltraumeinflüssen ab.

Im Gegensatz zu unserer kugelförmigen Atmosphäre wird das Magnetfeld durch den Sonnenwind verzerrt und verformt. So bildet sich auf der Nachtseite des Planeten ein langer Schweif aus zwei Teilen, nämlich dem Plasmablatt und dem noch weiter außen liegenden Magnetschweif.

Ebendiese Plasmaschicht und der Magnetschweif stehen im Mittelpunkt der jüngsten Studie. Hier hat ein Forschungsteam Daten analysiert, die es beim Durchgang des Mondes durch den Magnetschweif der Erde während seiner einmonatigen Umlaufbahn gewinnen konnte.

„Dies ist ein natürliches Labor, um die Entstehungsprozesse von Wasser auf der Mondoberfläche zu untersuchen“, erläutert Studienhauptautor Dr. Shuai Li. „Wenn sich der Mond außerhalb des Magnetschweifs befindet, wird die Mondoberfläche mit Sonnenwind bombardiert. Innerhalb des Magnetschweifs gibt es fast keine Protonen des Sonnenwinds, und es wurde erwartet, dass die Wasserbildung auf nahezu Null zurückgeht.“

Für diese Studie analysierten Dr. Li und sein Team Satellitendaten, die zwischen 2008 und 2009 vom Moon Mineralogy Mapper (M3) der Nasa gewonnen wurden. M3 hatte sich an Bord der Raumsonde Chandrayaan-1 der indischen Weltraumbehörde befunden.

Im Zuge dieser Analyse entdeckten sie große Mengen an Oberflächenwasser auf der erdnahen Seite des Mondes. Die traten zwar zu unterschiedlichen Zeiten auf, aber stets dann, wenn der Mond den Magnetschweif der Erde durchquerte.

Den Grund für das reichliche Vorkommen von Wasser auf der Mondoberfläche, obwohl der Mond während seines Durchgangs durch den Magnetschweif nicht vom Sonnenwind bombardiert wird, sehen die Forscher:innen in den Elektronen, die von der Plasmaschicht des Magnetfelds ausgehen.

Dabei stellten sie fest, dass die Wassermenge in den mittleren Breiten des Mondes beim Ein- und Austritt aus dem Magnetschweif zunimmt. Während der Mond das Zentrum des Magnetschweifs durchquert, änderte sie sich hingegen nahezu nicht.

Dabei ist es wichtig zu bedenken, dass der Mond aufgrund der Gezeitenkopplung mit unserem Planeten immer mit einer Seite zur Erde zeigt.

„Zu meiner Überraschung zeigten die Fernerkundungsbeobachtungen, dass die Wasserbildung im Erdmagnetschwanz fast identisch ist mit der Zeit, als der Mond außerhalb des Erdmagnetschwanzes lag“, so Dr. Li. „Dies deutet darauf hin, dass es im Magnetschweif zusätzliche Bildungsprozesse oder neue Wasserquellen geben könnte, die nicht direkt mit der Implantation von Sonnenwindprotonen zusammenhängen. Insbesondere die Bestrahlung durch hochenergetische Elektronen weist ähnliche Effekte auf wie die Sonnenwindprotonen.“

Dr. Li ist nicht neu auf diesem Forschungsfeld. Er hat schon eine entsprechende Studie im Jahr 2018 und eine Studie aus dem Jahr 2020 geleitet. Besonders interessiert ihn, wie die Mondoberfläche aufgrund von Sauerstoff im Magnetschweif der Erde rostet.

Dr. Li setzt große Hoffnungen in das Artemis-Programm der Nasa und träumt davon, an einer Mondmission mitarbeiten zu können, die den Zusammenhang zwischen der Plasmaumgebung der Erde und dem Wassergehalt der Oberfläche an den Mondpolen untersuchen soll.