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Wie die Exosphäre des Mondes entsteht
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der TU Wien
astronews.com
23. Juli 2025
Unser Mond verfügt zwar über keine richtige Atmosphäre, hat
aber dennoch eine dünne Gashülle, die sogenannte Exosphäre. Wie sie genau
entsteht, ist bis heute nicht verstanden, eine Rolle könnte aber der Sonnenwind
spielen, durch den ständig elektrisch geladene Teilchen auf der Mondoberfläche
aufschlagen. Neue Experimente zeigen nun, dass sein Einfluss aber wohl deutlich
überschätzt wurde.
Vakuumkammer mit Mondgestein.
Foto: TU Wien [Großansicht] |
"Der Mond hat keine dichte Atmosphäre wie die Erde – aber um ihn herum
existiert eine extrem dünne Exosphäre, in der sich einzelne Atome und Moleküle
befinden", erklärt Prof. Friedrich Aumayr vom Institut für Angewandte Physik der
TU Wien. "Woher diese Teilchen stammen, ist eine der zentralen Fragen der
Mondforschung." Zwei Prozesse gelten als Hauptkandidaten: Entweder werden die
Teilchen durch den Einschlag von Mikrometeoriten aus der Oberfläche geschlagen,
oder sie stammen aus der Wechselwirkung der Oberfläche mit dem Sonnenwind – dem
kontinuierlichen Strom aus Protonen, Heliumionen und anderen geladenen Teilchen.
Man spricht hier von einer Sputtererosion durch Sonnenwind-Teilchen. Konkrete
experimentelle Daten fehlten dazu aber bislang.
An der TU Wien wurden nun erstmals präzise Experimente mit Originalmaterial
der NASA-Apollo-16-Mission durchgeführt. "Mit einer speziell entwickelten
Quarz-Mikrowaage konnten wir die durch Ionenbeschuss verursachte Masseabnahme
des Mondgesteins exakt vermessen", erklärt Johannes Brötzner, Doktorand am
Institut für Angewandte Physik. "Gleichzeitig haben wir am Vienna Scientific
Cluster großskalige 3D-Simulationen durchgeführt, um die komplexe Geometrie und
Porosität der Mondoberfläche in die Berechnungen einfließen zu lassen."
Das Ergebnis: Die reale Erosionsrate durch den Sonnenwind wurde bisher massiv
überschätzt. Sie ist um bis zu eine Größenordnung niedriger als bisher
angenommen. Das liegt vor allem an der Struktur des Regoliths, der lockeren,
porösen Staubschicht auf der Mondoberfläche. Wenn Ionenteilchen auf Regolith
treffen, dann können sie dort in winzige Hohlräume eindringen und ihre Energie
in mehreren Kollisionen loswerden. Das senkt die Effizienz des Sputterns
deutlich, es werden weniger Teilchen herausgeschlagen als das der Fall wäre,
wenn die Ionen auf eine glatte Oberfläche treffen würden.
"Unsere Studie liefert die ersten realistischen, experimentell abgesicherten
Sputter-Werte für echtes Mondgestein", fasst Aumayr zusammen. "Damit zeigen wir
nicht nur, dass frühere Modellrechnungen die Erosionsrate durch den Sonnenwind
stark überschätzt haben – wir können damit auch einen offenen wissenschaftlichen
Widerspruch auflösen: Eine kürzlich in Science Advances veröffentlichte
Studie hatte anhand von Isotopenanalysen an Apollo-Gesteinsproben den Schluss
gezogen, dass über geologische Zeiträume hinweg Mikrometeoriten die Hauptquelle
für die lunare Exosphäre darstellen – und nicht der Sonnenwind. Unsere neuen
Messdaten bestätigen diese Interpretation aus einem völlig anderen, unabhängigen
Blickwinkel."
Diese Ergebnisse kommen zur rechten Zeit: Mit der Artemis-Mission der NASA
steht eine neue Ära der bemannten Mondforschung bevor, und auch die
ESA-JAXA-Mission BepiColombo zum Merkur wird in den kommenden Jahren
erstmals direkt vor Ort Daten von der Exosphäre des sonnennahen Planeten
liefern. Für die Auswertung dieser Daten ist ein tiefes Verständnis der zugrunde
liegenden Erosionsmechanismen unerlässlich – und genau dazu leistete die jetzt
vorgestellte Studie aus Wien einen entscheidenden Beitrag.
Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift
Communications Earth & Environment veröffentlicht.
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