Es gibt tatsächlich Wasser auf dem Mond! ? Dies bedeutet, dass…

Kürzlich entdeckten chinesische Wissenschaftler in den Mondbodenproben, die die chinesische Chang'e-5-Mission mitgebracht hatte, einen unbekannten Mineralkristall, der reich an Wassermolekülen und Ammonium war . Dies lieferte den schlüssigen Beweis für die tatsächliche Existenz von Wassermolekülen auf dem Mond . Wie unterscheidet sich dieses „Mondwasser“ von dem Wasser, das wir kennen? Bedeutet das, dass wir in Zukunft auf dem Mond Gemüse anbauen können?

Illustration der Entstehung wasserhaltiger Mineralien auf der Mondoberfläche. (Foto mit freundlicher Genehmigung des Instituts für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

01 Was für ein Wasser ist Mondwasser?

Wasser ist eine der häufigsten Substanzen auf der Erde und kommt normalerweise in flüssigem, festem oder gasförmigem Zustand vor. Doch die Frage, ob es auf dem Mond Wasser gibt, ist seit jeher ein Ziel, das Forscher immer wieder erforschen. Im Jahr 2022 untersuchte das wissenschaftliche Forschungsteam meines Landes die vom „Lunar Mineral Spectrometer“ der Chang'e 5 erfassten Daten und ermittelte zum ersten Mal den Wassergehalt unter In-situ-Bedingungen auf der Mondoberfläche: Eine Tonne Mondboden enthält etwa 120 Gramm „Wasser“ und eine Tonne Gestein etwa 180 Gramm „Wasser“. Ein stichhaltiger Beweis ist das allerdings noch nicht. Obwohl diese Studie das Vorhandensein von Wasser auf dem Mond bestätigte, konnte sie nicht feststellen, ob dieses Wasser ursprünglich auf dem Mond vorkommt oder ob es sich bei diesem Wasser um „Hydroxyl“ oder „Wassermolekül“ handelt.

Wir wissen, dass der Mond keine Atmosphäre zur Temperaturregulierung und keinen Schutz durch ein Magnetfeld hat. Tagsüber kann die Höchsttemperatur der Mondoberfläche bei senkrechter Sonneneinstrahlung 127 °C erreichen, und der maximale Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht übersteigt 330 °C . Bisher gingen Forscher davon aus, dass das Wasser auf dem Mond größtenteils aus Partikelströmen stamme, die vom Sonnenwind oder von Meteoriten- bzw. Asteroideneinschlägen „verweht“ würden, und sich vor allem in dauerhaft beschatteten Gebieten mit niedrigen Temperaturen und fehlendem Sonnenlicht befinde.

Aber das Wasser, das dieses Mal im Mondboden entdeckt wurde, ist nicht gewöhnlich! In der bisher von Chang'e-5 mitgebrachten Mondbodenprobe mit dem höchsten Breitengrad entdeckten die Forscher einen unbekannten Mineralkristall – Ammoniummagnesiumchlorid-Hexahydrat (ULM-1) . Basierend auf der Einkristallbeugung und der chemischen Analyse fanden die Forscher heraus, dass die Mineralzusammensetzung

Die Hydratform enthält eine große Anzahl von Wassermolekülen und Ammonium. Obwohl es sich nicht um direkt flüssiges Wasser oder Eis handelte, beträgt der Massenanteil der Wassermoleküle im Mineral ganze 41 % – in 1 Tonne Mineral stecken also etwa 410 Kilogramm Wassermoleküle, die unter Erhitzungsbedingungen auch in Form von Wasserdampf entweichen können.

Foto und Zusammensetzung von ULM-1. A. Foto der Bodenprobe CE5, b. Foto des ULM-1-Einkristalls, ca. EDS-Spektrum, d. EPMA-Spektrum, z. Raman-Spektrum, f. IR-Spektrum. (Foto mit freundlicher Genehmigung des Instituts für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

02 Warum suchen Wissenschaftler so hartnäckig nach Mondwasser?

Wasser ist eine der Grundvoraussetzungen für Leben und spielt in der geologischen Entwicklung der terrestrischen Planeten eine noch wichtigere Rolle. Obwohl Menschen bereits in den 1960er Jahren auf dem Mond landeten, ist Mondwasser von enormer wissenschaftlicher Bedeutung für das Verständnis der geologischen Struktur, Entstehung und Entwicklung des Mondes sowie für die zukünftige Ressourcenentwicklung und den Bau einer Mondbasis.

Wissenschaftler haben durch Fernerkundung des Mondes das Vorhandensein von Wassermolekülen und Hydroxylgruppen gemessen, aber wenn sie mehr über die Materialzusammensetzung des Planeten erfahren möchten, ist das Sammeln von Proben natürlich der beste Weg. Zuvor hatten Wissenschaftler bei der Analyse von Mondgesteinsproben, die von der US-amerikanischen Apollo-Raumsonde mitgebracht wurden, Magmawasser entdeckt, waren jedoch immer davon ausgegangen, dass die Proben durch die Erde „kontaminiert“ seien. Gerade wegen der Kostbarkeit der Mondproben und der hohen Standards zur Gewährleistung ihrer Integrität und Sicherheit können es sich die Forscher nicht leisten, im gesamten Prozess von der Probenentnahme über die Verpackung und den Transport bis hin zum Öffnen der Kabine und der Übergabe nachlässig zu sein.

Die von Chang'e-5 gesammelten Proben werden in einem versiegelten Gerät aufbewahrt, das mit Stickstoff zum Schutz gefüllt ist. Bei der Verarbeitung von Mondbodenproben nutzen die Wissenschaftler außerdem spezielle Lagereinrichtungen sowie Probenverarbeitungs- und Analyselabore, um sicherzustellen, dass die Mondbodenproben möglichst nicht verunreinigt werden, sodass die wissenschaftlichen Forschungsergebnisse glaubwürdiger werden.

Für die Analyse von ULM-1 schlossen die Forscher externe Faktoren wie Bodenverschmutzung oder Raketenabgase aus und bestätigten darüber hinaus, dass die Chlorisotopenzusammensetzung des Minerals mit der von Mineralien auf dem Mond übereinstimmt . Darüber hinaus erfordert die Bildung dieses Hydrats eine bestimmte Temperatur und komplexe atmosphärische Bedingungen, wodurch auch die Einwirkung menschlicher Faktoren ausgeschlossen wird. Es wurde bestätigt, dass es sich um „echte“ Wassermoleküle aus dem Mondboden handelte.

Die Theorie des Mondeinschlags geht davon aus, dass der Mond entstand, als in der Frühzeit des Sonnensystems ein marsgroßes Objekt (üblicherweise „Theia“ oder „Theia“ genannt) mit hoher Geschwindigkeit mit der Erde kollidierte. Die Gesteine ​​auf dem Mond, insbesondere jene, die sich auf der Mondoberfläche gebildet haben, entstehen hauptsächlich durch die Abkühlung und Verfestigung von Magma während vulkanischer Aktivität. Die diesmal entdeckten Mineralkristalle enthielten bereits im geologischen Zeitalter gebildete wasserhaltige Mineralien, was für das Verständnis der Magmaaktivität und der thermischen Entwicklung des Mondes von großer Bedeutung ist.

Noch überraschender ist die Entdeckung der Forscher, dass hydratisiertes Salz eine mögliche Form von Wassermolekülen auf dem Mond ist . Dies ist ein weiterer Beweis dafür, dass dieses Molekül in den sonnenbeschienenen Gebieten des Mondes lange Zeit stabil existieren kann, was wiederum bessere Aussichten für die Nutzung und Erforschung der Mondressourcen bietet.

03 Es gibt Wasser auf dem Mond. Bedeutet das, dass wir bald Gemüse auf dem Mond anbauen können?

Da das diesmal entdeckte Hydrat reich an Ammonium und einer kleinen Menge Kalium ist, glauben viele Menschen, dass es nur eine Frage der Zeit ist, bis Menschen auf dem Mond Nutzpflanzen anbauen können. Wenn wir jedoch mit dem Bau einer Mondbasis beginnen, müssen wir zunächst Bereiche finden, in denen Hydrate angereichert sind. Zweitens müssen wir die rauen Umgebungsbedingungen auf dem Mond und die verschiedenen Schwierigkeiten beim Betrieb von Geräten wie Transport- und Lebenserhaltungssystemen bewältigen. Daher ist es derzeit nicht möglich, das natürliche Wachstum von Pflanzen oder Nutzpflanzen auf dem Mond zu unterstützen.

Mit dem Fortschritt in Wissenschaft und Technologie und der zunehmenden Intensivierung der Monderkundungsmissionen rückt der Gemüseanbau auf dem Mond in Zukunft tatsächlich näher an die Möglichkeit heran. Er wird uns bei der Entwicklung und Nutzung von Energie sowie der Planetenforschung helfen und sogar neue Wege für das Überleben und die Entwicklung der Menschheit im Weltraum eröffnen.

Experte: Liu Yong, Botschafter für die Popularisierung der Weltraumwissenschaften in China, Forscher am Nationalen Zentrum für Weltraumwissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Direktor des Komitees für die Popularisierung der Wissenschaft der Chinesischen Gesellschaft für Weltraumwissenschaften

Gutachter: Jin Shifeng, assoziierter Forscher, Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften/Nationales Forschungszentrum für Festkörperphysik Peking

Produziert von: Science Popularization China