Wo landen auf dem Mond?

1972 sind die letzten Menschen auf dem Mond gelandet – danach wurde das Apollo-​Programm eingestellt. Doch das Interesse am Mond ist wieder neu erwacht. Nachdem China bereits 2020 mit einem Roboter auf der Rückseite des Mondes gelandet ist und dabei auch gleich eine Nationalflagge gehisst hat, plant die NASA voraussichtlich zwischen 2025 und 2028 mit dem Artemis-​Programm in der Mond-​Südpolregion zu landen. Astronaut:innen sollen dann speziell diesen Teil des Mondes erkunden.

Eis als faszinierendes Potenzial

Die Südpolregion ist deshalb so spannend, weil sich dort die Sonne aufgrund des Neigungswinkels des Mondes immer entlang des Horizonts bewegt und lange, teilweise permanente Schatten in die tiefen Krater wirft. Das bedeutet, dass es in diesen Kratern unglaublich kalt ist – mit rund -​170° bis -​240° Celsius nähert sich die Temperatur dem absoluten Nullpunkt und ist sogar kälter als die Oberfläche des Pluto. Bei höheren Temperaturen würde Eis im Vakuum des Weltraums sehr schnell sublimieren und zu Gas werden. Doch in dieser Kälte können Wasserdampf und andere flüchtige Substanzen im und sogar auf dem Mondboden ein-​ oder angefroren sein.

Schrägansicht des Mondsüdpols und der potenziellen Artemis-​Landeplätze 001 und 004. Dies ist die Region, in der die Forschenden die neuartige Methode angewendet haben, um in das Innere von schattigen Kratern zu blicken. (Source: ETH Zürich \ LPI)

Dieses Potenzial für Eis macht diese schattigen Kraterböden zu faszinierenden Orten, die es zu erkunden gilt. Das Eis könnte nicht nur Hinweise darauf liefern, wie Wasser im Erde-​Mond-System integriert ist, es könnte auch eine wichtige Ressource sein, welche Astronaut:innen zukünftig für den eigenen Bedarf, zur Abschirmung vor Strahlung oder als Raketentreibstoff verwenden können.

Vorerst kein Wassereis entdeckt

Doch vieles in der Südpolregion liegt im Dunkeln – einem internationalen Forschungsteam ist es nun gelungen, Licht ins Dunkel zu bringen. Sie haben eine Methode entwickelt, um diese Regionen des Mondes besser zu verstehen. Ihre Arbeit ist in der aktuellen Ausgabe der Geophysical Research Letters erschienen. Erstautor ist Valentin Bickel, Postdoktorand bei der Professur für Glaziologie und vormals bei der Professur für Ingenieurgeologie an der ETH Zürich.

Das Team verwendete Bilder, die von der «Lunar Reconnaissance Orbiter Camera» aufgenommen wurden. Diese dokumentiert die Oberfläche des Mondes seit über 10 Jahren. Die Kamera fängt Photonen auf, die von benachbarten Bergen und Kraterwänden in die Schattenregionen zurückgeworfen werden. Dem Team ist es nun gelungen, diese Daten mit Hilfe künstlicher Intelligenz so effizient zu nutzen, dass die einst dunklen Bereiche sichtbar werden. Das Team stellte bei der Auswertung der Bilder fest, dass in diesen schattigen Bereichen kein Wassereis sichtbar ist, obwohl dessen Existenz von anderen Instrumenten bewiesen wurde. Valentin Bickel erklärt: «Es gibt keine sichtbaren Hinweise auf reines Oberflächeneis in den abgeschatteten Bereichen, was bedeuten könnte, dass jegliches Eis mit dem Mondboden vermischt sein muss oder sich unter der Oberfläche verbirgt.»

Statt nur den dunklen Schatten abzubilden (links), können die Forschenden kleine Einschlagskrater, Felsbrocken und verschiedene Bodenmuster im Inneren des Kraters sichtbar machen. (Bild: ETH Zürich / LPI)

Arbeitswege planen

Die in der neuen Publikation veröffentlichten Ergebnisse sind Teil einer umfassenden Untersuchung möglicher Artemis-​Landestellen und Erkundungsmöglichkeiten auf der Mondoberfläche, die vom Lunar and Planetary Institute (LPI) durchgeführt wird. Bislang hat das Team mehr als ein halbes Dutzend potenzieller Landeplätze für Artemis-​Missionen untersucht. Die Erkenntnisse der Studie könnten unmittelbare Auswirkungen auf zukünftige Missionen haben, wie beispielsweise die von einem Start-​up kommerziell durchgeführte «Intuitive Machines Mission 2». Dabei handelt es sich um eine robotische Mission, die im Frühjahr 2023 erste Bodenproben aus den Schattengebieten des Mond-​Südpols entnehmen und analysieren soll, bevor die Astronaut:innen auf den Mond gebracht werden. «Wir haben eine Reihe von bisher unbekannten schattigen Kratern und anderen Oberflächenmerkmalen entdeckt, die entscheidend sein könnten, wo der Roboter landet», so Bickel. 

Mit Hilfe der neuen Forschungserkenntnisse können Routen in und durch die permanent beschatteten Regionen genau geplant werden, wodurch sich die Risiken für Artemis-​Astronaut:innen und die eingesetzten Roboter erheblich reduzieren. Mit den neuen Bildern können Astronaut:innen gezielt bestimmte Orten aufsuchen, um dort Proben zu nehmen und die Verteilung von Eis zu bewerten.