Forscher der TU Dortmund weisen Wasser auf der gesamten Mondoberfläche nach

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.

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.

http://advances.sciencemag.org/content/3/9/e1701286