Wie unterscheidet sich der Südpol des Mondes von dem der Erde? Kann Indien am Südpol des Mondes wirklich Wassereis finden?

Am 23. August 2023 brachte Indien im Rahmen seiner Chandrayaan-3-Mission erfolgreich eine Landesonde und einen Mondrover sicher zum Mond und war damit das vierte Land der Welt, dem eine weiche Landung auf dem Mond gelang. Da die internationalen Anstrengungen zur Erforschung des Mondes weiter intensiviert werden, wird sich auch das Verständnis der Menschheit für den Mond rasch vertiefen. Einige Medien berichteten, dass Indien das erste Land sei, dem eine erfolgreiche Landung am Südpol des Mondes gelungen sei und dass es dort möglicherweise eine große Menge Wassereis gebe. Wird Indien Wassereis entdecken und einen großen wissenschaftlichen Durchbruch erzielen?

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir zunächst klären, wie groß der Südpol des Mondes ist. Ist Chandrayaan-3 wirklich am Südpol des Mondes gelandet?

Zur Definition der polaren Mondregionen können wir uns auf die Erde beziehen. Da die Erde auf einer elliptischen Umlaufbahn um die Sonne kreist, rotiert sie auch um ihre eigene geneigte Achse. Wenn sich die Erde dreht, bildet die Achse mit ihrer Senkrechten einen Neigungswinkel von 23°26'. Wenn sich die Erde um die eigene Achse dreht, gibt es daher einen Zeitraum von sechs aufeinanderfolgenden Monaten, in dem einer der beiden Pole der Sonne zugewandt ist und der ganze Tag scheint. Dieser Zeitraum wird Polartag genannt. und der andere Pol ist von der Sonne abgewandt und es ist ganz dunkel, was als Polarnacht bezeichnet wird. Polartag und Polarnacht sind Naturphänomene, die nur am Polarkreis vorkommen und in Gebieten nördlich von 66°34' nördlicher Breite im Polarkreis und südlich von 66°34' südlicher Breite im südlichen Polarkreis auftreten. Daher bezieht sich der Polarkreis der Erde auf das Gebiet oberhalb des 66. nördlichen und südlichen Breitengrads.

Schematische Darstellung des Mondes, von Tuchong.com

Was ist mit dem Mond? Wir wissen, dass der Mond, wenn er sich um die Erde dreht, gleichzeitig auch die Sonne umkreist. Der Winkel zwischen der Rotations- und der Umlaufachse des Mondes beträgt jedoch nur 1,54 Grad, ein Winkel, der durch die Schwerkraft der Erde verursacht wird. Bei einem so kleinen Winkel ist der Bereich, in dem an den Mondpolen Polartag und Polarnacht auftreten, sehr klein, ungefähr zwischen 86 Grad nördlicher und südlicher Breite und den Polen. Werfen wir nun einen Blick auf den Längen- und Breitengrad des indischen Landeplatzes Chandrayaan-3. Es liegt über 69 Grad südlicher Breite und unter 70 Grad südlicher Breite. Offensichtlich ist es noch weit vom klassischen Polarkreis des Mondes entfernt.

Warum behaupten die Medien dann, Indien sei das erste Land, das am Südpol des Mondes gelandet sei? Dies liegt daran, dass der Sonneneinstrahlungswinkel in den mittleren und hohen Breiten des Mondes sehr klein ist und die Mondoberfläche zerklüftet und mit großen und kleinen Einschlagkratern bedeckt ist. Der Höhenunterschied zwischen Kraterrand und Kraterboden ist sehr groß und kann Hunderte bis Tausende von Metern betragen. Aufgrund der Hindernisse im Gelände kann das tief einfallende Sonnenlicht die tiefer gelegenen Bereiche am Boden der Grube nicht erreichen und diese Bereiche werden zu permanenten Schattenbereichen, genau wie in der Polarnacht. Diese hervorstehenden Hochländer sind immer beleuchtet und werden zu Polartaggebieten. Infolgedessen ist das Gebiet, in dem Polartag und Polarnacht auftreten, viel größer und umfasst einige Gebiete in mittleren und hohen Breiten mit großen Geländeunterschieden von weniger als 86 Grad nördlicher und südlicher Breite. Besonders wichtig ist, dass in diesen Schattenbereichen die Temperatur das ganze Jahr über sehr niedrig ist, unter minus 100 Grad Celsius, wodurch ein Kältefalleneffekt entsteht. Wenn flüchtige Substanzen wie Wassermoleküle eindringen, werden sie dort eingefroren und für lange Zeit konserviert. Sie werden zu Mondressourcen, die abgebaut und genutzt werden können.

Aus diesem Grund wird die Landestelle der indischen Raumsonde Chandrayaan-3 in der Südpolregion des Mondes vermutet und hat viel Aufmerksamkeit erregt.

Gibt es in diesem Fall Wassereis im Landegebiet von Chandrayaan-3? Kann diese Mission die Existenz von Wassereis bestätigen? Tatsächlich liegt der Landeplatz weit entfernt von der permanenten Schattenregion und Chandrayaan-3 ist nicht dazu gedacht, Wassereis zu erkennen.

Die Landesonde „Vikram“ von Chandrayaan-3 wiegt etwa 1.500 Kilogramm, einschließlich eines Mondrovers, der nur 26 Kilogramm wiegt, was einem Fünftel der Masse des Mondrovers Yutu meines Landes entspricht. Da weder der Lander noch der Mondrover über eine Vorrichtung zur Wärmespeicherung verfügen, kann ihre Einsatzzeit auf der Mondoberfläche nur einen halben „Mondtag“ dauern, was etwa 14 Erdentagen entspricht. In so kurzer Zeit kann der Mondrover den entfernten Schattenbereich nicht erreichen, um Wassereis zu erkennen, und kann nur die Morphologie und Zusammensetzung der Mondoberfläche in der Nähe erkennen.

Es ist abzusehen, dass die Menschheit noch etwas warten muss, bevor sie mit der Erforschung der Wassereisvorkommen des Mondes vor Ort beginnen kann. Mehrere Erkundungsmissionen, darunter solche aus China und den Vereinigten Staaten, haben Wassereis in den Polarregionen des Mondes als wichtiges Erkundungsziel identifiziert. Wir glauben, dass der Menschheit in naher Zukunft große Durchbrüche bei der Entdeckung von Wassereis auf dem Mond gelingen werden.

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützte Arbeit

Autor: Xiao Long

Rezension: Zuo Wei

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.