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APOLLO
Alte Proben vom Mond liefern neue Erkenntnisse zur Mondgeschichte
von Stefan Deiters
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22. Oktober 2024

Die letzte Mondlandung liegt bereits über ein halbes Jahrhundert zurück und noch immer liefert sie Material für neue Studien: Die Analyse von Bodenproben, die ihm Rahmen von Apollo 16 zur Erde gebracht wurden, ergaben nun neue Hinweise auf die Geschichte des Erdtrabanten. Die untersuchte Gesteinsart war zuvor noch nie mithilfe der Massenspektrometrie untersucht worden.

Apollo 16

Astronaut John W. Young beim Sammeln von Bodenproben auf dem Mond. Foto: NASA [Großansicht]

Die Apollo-16-Astronauten John Young, Charles Duke und Ken Mattingly brachten im Jahr 1972 mehr als 95 Kilogramm Proben aus dem Descartes-Hochland des Mondes zurück zur Erde. Unter diesen Proben befanden sich auch sogenannte "Regolithbrekzien", die entstehen, wenn Mondstaub - oder Regolith - durch Asteroideneinschläge mit Gestein verschmolzen wird. Das Besondere an diesen Brekzien ist, dass in ihnen die geochemische Zusammensetzung des Regoliths zum Zeitpunkt ihrer Entstehung erhalten ist. Die Analyse ihrer Zusammensetzung kann also etwas über Art und Zeitpunkt ihrer Entstehung verraten.

Das heutige, stark kraterübersäte Erscheinungsbild des Mondes ist das Ergebnis unzähliger Kollisionen mit Asteroiden in der rund 4,5 Milliarden Jahre währenden Geschichte des Erdtrabanten. Forschende aus Großbritannien und aus den USA haben nun moderne analytische Massenspektrometrie-Verfahren eingesetzt, um die Zusammensetzung von Gasen zu analysieren, die in "bodenähnlichen Brekzien", eingeschlossen waren. Diese Proben der Apollo-16-Mission waren zuvor noch nie massenspektrometrisch untersucht worden. "Die Massenspektrometrie, die Moleküle in Proben identifiziert und ihre relative Häufigkeit quantifiziert, kann uns helfen zu bestimmen, wie viel Zeit die Proben auf oder in der Nähe der Mondoberfläche verbracht haben", erläutert Dr. Mark Nottingham, der das Forschungsteam leitete als er noch an der University of Manchester arbeitete. Inzwischen ist er an die University of Glasgow gewechselt. "Das hilft uns, eine klarere Vorstellung von der Geschichte der Einschläge in diesem speziellen Bereich des Mondes zu bekommen."

Die Ergebnisse des Teams liefern neue Erkenntnisse dazu, wie die Oberfläche des Mondes im Laufe von mehr als zwei Milliarden Jahren durch den Einfluss des Sonnenwinds und gewaltige Einschläge von Asteroiden verändert wurde. "Im Laufe der Zeit, in der sich die Proben auf der Oberfläche des Mondes als Regolith aufhielten, waren sie unterschiedlichen Mengen an Sonnenwind ausgesetzt – geladene Teilchen, die von der Sonne ins All strömen und auch Spuren von Edelgasen wie Argon und Xenon tragen –, die sich über Millionen von Jahren auf den äußeren Schichten der Staubkörner ansammelten, bevor sie von einem Asteroiden getroffen wurden."

"Die Geschichte des Mondes ist auch die Geschichte der Erde – die Aufzeichnungen von Asteroidenbombardements, die auf seiner Oberfläche und unter seiner Oberfläche eingebrannt sind, können uns helfen, die Bedingungen des frühen Sonnensystems zu verstehen, das unseren Planeten sowie seinen nächsten Nachbarn geformt hat", so Nottingham weiter. "Im Gegensatz zur Erde ist die Geschichte des Mondes jedoch in geologischen Zeitkapseln auf seiner Oberfläche eingeschlossen, unberührt von Plattentektonik oder Erosion, was es uns ermöglicht, Spitzentechnologien wie die Massenspektrometrie zu nutzen, um ihre Geheimnisse zu entschlüsseln." Die Untersuchungen könnten zudem helfen, wertvolle natürliche Ressourcen auf dem Erdtrabanten zu lokalisieren, die sich astronautische Mondmissionen zunutze machen könnten.

Bereits frühere Studien hatten nach Spuren von Edelgasen in größeren Fragmenten der Brekzienproben von Apollo 16 gesucht und festgestellt, dass sich diese Proben in zwei Gruppen unterteilen lassen - in eine "urzeitliche", zwischen 3,8 und 2,4 Milliarden Jahre alte und eine "jung" Gruppe, die vor 2,5 bis 1,7 Milliarden Jahren gebildet wurde. Für die aktuelle Studie stellte die NASA den Forschern elf Mondproben zur Analyse zur Verfügung. Neun der Proben zeigten eine sehr diverse Altersstruktur, von 2,5 Milliarden Jahren bis zu weniger als einer Milliarde. Dies deutet darauf hin, dass sie aus einem Gebiet mit einer sehr abwechslungsreichen Einschlaggeschichte stammen.

Das Team fand auch heraus, dass zwei der Proben viel niedrigere Konzentrationen an Edelgasen aufwiesen, was darauf hindeutet, dass sie vor sehr viel kürzerer Zeit entstanden sind und möglicherweise weniger als eine Million Jahre lang dem Sonnenwind ausgesetzt waren. Das Team vermutet, dass der Einschlag, der den nahe gelegenen South-Ray-Krater bildete, die Quelle dieser Probe gewesen sein könnte.

"Diese Studie zeigt zum ersten Mal, dass bodenähnliche Brekzien eine eigene Kategorie sind, die ihre eigene Geschichte erzählt", so Nottingham. "In Kombination mit der Analyse der alten und jungen Gesteine, die von Apollo 16 geborgen wurden, können wir ein viel vollständigeres Bild der Geschichte dieses Teils des Mondes während des frühen Sonnensystems erstellen, wo es in der ersten Milliarde Jahren schwerere Einschläge auf der Mondoberfläche gab und sich dann vor etwa zwei Milliarden Jahren eine weniger intensive Phase anschloss."

Über die Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel in der Zeitschrift Meteoritics & Planetary Science.

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Links im WWW
Nottingham, M.C. et al. (2024): Constraints on the impact history of the Apollo 16 landing site: Implications of soil-like breccia noble gas records, Meteorit Planet Sci., https://doi.org/10.1111/maps.14244
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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