Chang'e-5 zeigt, wo Wasser auf dem Mond verborgen sein könnte

Auf dem Mond gibt es Wasser, und Forschende haben nun bestätigt, wo sich ein beträchtlicher Teil davon verbergen könnte.

Ein Mineral im Mondstaub, den Chinas Landefähre Chang'e-5 gesammelt und zur Erde gebracht hat, enthält der jüngsten Analyse zufolge so viel Wasser, dass dieses 41 Prozent seiner Masse ausmacht.

Das Mineral ähnelt Novograblenovit, das erst vor wenigen Jahren in Basaltgestein von Russlands Halbinsel Kamtschatka entdeckt wurde. Sowohl die lunare als auch die irdische Variante besitzen die chemische Formel (NH₄)MgCl₃·6H₂O und weisen vergleichbare Kristallstrukturen auf.

Da Novograblenovit direkt auf der Erde untersucht werden kann, könnte der Fund eines nahezu identischen Minerals auf dem Mond Hinweise darauf liefern, wo sich Mondwasser befindet, wie es dorthin gelangte und welche Geschichte das lunare H₂O hat.

Wasser auf dem Mond und seine ungeklärte Herkunft

Ursprung, Vorkommen und Verteilung von Wasser auf dem Mond sind weiterhin nicht vollständig geklärt. Forschende möchten dies entschlüsseln, weil die Herkunft der Mondfeuchtigkeit und ihr heutiger Aufenthaltsort wichtige Bestandteile der Geschichte des Erde-Mond-Systems sind.

Auch für künftige Erkundungsmissionen zum Mond ist es entscheidend zu wissen, wo Wasser vorhanden ist: Menschen benötigen es zum Überleben.

Bereits in älteren Mondproben wurde Wasser nachgewiesen, eingeschlossen in winzigen Glasperlen. Diese entstehen, wenn Material an der Oberfläche schmilzt und sogenannte Sphärulen bildet. Signale von Wasser im Spektrum des von der Mondoberfläche reflektierten Lichts deuten darauf hin, dass sich dort oben irgendwo noch deutlich mehr Wasser befinden könnte.

Eine verbreitete Annahme lautet, dass Wasser in den Mineralen des Mondregoliths gebunden ist. Frühere Untersuchungen legten jedoch nahe, dass der in Mondstaub gebundene Wasserstoff und Sauerstoff auch andere Hydroxylmoleküle bilden könnten – Verbindungen aus Wasserstoff und Sauerstoff in einem anderen Verhältnis als bei Wasser.

Chang'e-5-Proben weisen molekulares Wasser nach

Als Chang'e-5 im Dezember 2020 auf dem Mond landete, gelang dennoch ein Durchbruch: der erste Vor-Ort-Nachweis dessen, was in einem Mondfelsbrocken Wasser zu sein schien. Unklar blieb allerdings, ob es sich tatsächlich um molekulares Wasser oder um ein anderes Hydroxylmolekül handelte. Dafür war eine präzisere Untersuchung erforderlich, als sie eine robotische Landefähre leisten kann.

Nun haben Forschende auf der Erde unter Leitung der Physiker Shifeng Jin und Munan Hao von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften diese Analyse durchgeführt. Sie untersuchten die von der Chang'e-5-Mission zur Erde gebrachten Proben mittels Röntgenkristallbeugung und chemischer Isotopenanalyse, um festzustellen, ob der Mondregolith Wasser oder etwas anderes enthält.

Dabei wiesen sie molekulares Wasser nach: Das Mineral (NH₄)MgCl₃·6H₂O enthält bis zu sechs Wasserkristalle.

Hydratisierte Salze als Wasserquelle auf dem Mond

Auf der Erde bildet sich Novograblenovit nur selten. Es entsteht durch die Wechselwirkung von heissem Basalt mit vulkanischen Gasen, die reich an Wasser und Ammoniak sind. Das Mondmineral ist nicht völlig identisch: Das darin enthaltene Chlorisotop hat eine andere Zusammensetzung als irdische Chlorisotope. Sein Bildungsmechanismus dürfte jedoch sehr ähnlich sein.

Dies legt nahe, dass es während der vulkanisch aktiven Vergangenheit des Mondes eine lunare Quelle sowohl für Wasser als auch für Ammoniak gab.

„Die thermodynamische Analyse zeigt, dass die Untergrenze des Wassergehalts im vulkanischen Gas des Mondes zu jener Zeit mit jener des heute trockensten Vulkans auf der Erde, des Vulkans Lengai, vergleichbar war“, schreibt die Chinesische Akademie der Wissenschaften in einer Erklärung.

„Dies offenbart eine komplexe Geschichte der vulkanischen Ausgasung auf dem Mond, die für die Erforschung der Entwicklung des Mondes von grosser Bedeutung ist.“

Der Fund weist zudem auf eine bislang unbekannte Wasserquelle auf dem Mond hin: hydratisierte Salze. Diese sind wesentlich stabiler als Wassereis, was darauf hindeutet, dass sie selbst in Mondgebieten verfügbar sein könnten, die häufig dem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Damit könnte die künftige Abhängigkeit von Wassereis sinken, das tief in den schattigen Kratern an den Mondpolen eingeschlossen ist.

Die Ergebnisse des Teams wurden in Nature Astronomy veröffentlicht.