Wettlauf im Weltraum Die Wiederentdeckung des Mondes

Der Mond fasziniert die Menschen seit Jahrtausenden, für die moderne Wissenschaft aber schien der Erdtrabant seinen Zauber verloren zu haben. Jetzt aber entdecken Forscher in aller Welt den Erdtrabanten neu - und hoffen durch die Entschlüsselung seiner Geschichte auf Erkenntnisse über die Entstehung der Erde.

Bernard Foing pustet sanft über die Innenfläche seiner Hand, lächelt stolz und sagt: "Das ist die Kraft, die uns zum Mond bringen wird." Der 46-jährige Franzose, Physiker bei der "European Space Agency" (Esa) im niederländischen Noordwijk, koordiniert Europas erste Fahrt zum Erdtrabanten: Sein Team schickt ein "Smart-1" getauftes, unbemanntes Fluggerät los, den Mond zu umrunden und dabei genauer auszukundschaften, als es je zuvor gelungen ist.

In "Smart-1" schlägt ein winziges, aber höchst kraftvolles Herz: der Ionenantrieb. Dieses neuartige Triebwerk, das von außen einer Fernsehröhre gleicht, benötigt nicht mehr Strom als ein normaler Föhn, wird "Smart-1" aber fast 400.000 Kilometer weit bis in den Mondorbit führen. Anders als übliche Raketen verfeuert es keine chemischen Brennstoffe, sondern stößt bloß einen dünnen, blau schimmernden Strahl elektromagnetisch beschleunigter Ionen des Edelgases Xenon aus. Der so erzeugte Schub entspricht zwar nur der Gewichtskraft einer Postkarte; dafür reicht der Treibstoff jahrelang.

Ganz langsam soll "Smart-1" so in einer Spiralbahn an den Mond heranschweben: Erst Anfang 2005, etwa 16 Monate nach dem Start, wird die Sonde ihr Ziel erreichen, den Trabanten ein bis anderthalb Jahre lang umrunden und währenddessen ihr Reisetagebuch zur Erde funken: Daten über das genaue Höhenprofil und über die Geochemie des Mondes. Das weitere Schicksal von "Smart-1" steht noch nicht fest: Genügt der Brennstoff, werden die Esa-Forscher versuchen, die Sonde auf eine stabile Umlaufbahn im Mondorbit zu lenken - andernfalls wird sie im Staub zerschellen.

"Von dem Territorium, das 'Smart-1' erkunden wird, wissen wir auch 30 Jahre nach der ersten Mondlandung noch erstaunlich wenig", sagt Foing. Denn die Apollo-Astronauten hätten stets nur winzige Ausschnitte der Mondoberfläche untersucht. Daraus auf die geologische Struktur des Mondes schließen zu wollen gleiche dem Versuch, die Beschaffenheit der Erde allein anhand von Sandproben aus der Sahara zu erklären. "Smart-1" werde nun die erste detaillierte Karte der Gesteinsformationen des gesamten Mondes zusammenstellen.

Eines ihrer wichtigsten Werkzeuge dabei ist die Digitalkamera "AMIE", nur 450 Gramm schwer und klein wie ein Feldstecher, aber so lichtstark und hochauflösend, dass sie sogar die zurückgelassenen Landegestelle der Apollo-Raumfähren registrieren könnte. Was aber ist das für eine Welt, die unter AMIEs elektronischem Auge vorbeiziehen wird? Als "großartige Trostlosigkeit" hat sie Edwin Aldrin, einer der beiden ersten Mondpioniere, beschrieben: ein Wüstenreich, viermal so groß wie die Sahara, gespickt mit den Wundkratern eines Jahrmillionen andauernden Meteoritenhagels, zernarbt von kilometertiefen Rillen, den Relikten glühender Lavaflüsse.

Kein Windhauch und keine Wolke ziehen hier über die Hänge - denn die Anziehungskraft des Mondes reicht nicht aus, um eine komplexe Atmosphäre festzuhalten. Eine hauchdünne Gashülle gibt es zwar, aber sie ist 100 Milliarden Mal schwächer als jene der Erde und enthält keinen Sauerstoff, sondern vor allem Edelgase. Zudem schwebt sie nur knapp über dem Boden.

Dieser Gasmantel vermag, anders als die Erdatmosphäre, die Landschaft nicht vor Meteoriteneinschlägen zu schützen. Und weil auch das Magnetfeld des Mondes sehr schwach und überaus löchrig ist, fegen zusätzlich noch Sonnenstürme, gewaltige Ströme elektrisch geladener Teilchen, ungebremst über die Felswüste - und zermürben das Gestein. Schallwellen hingegen können sich in dem nahezu leeren Raum nicht ausbreiten. Und so verpuffen selbst die heftigsten Meteoritentreffer ohne einen Laut. Weil sich der Mond nur langsam dreht, brennt die Sonne stets zwei Wochen lang auf die leblosen Täler und Berge nieder; das Gestein erhitzt sich dabei bis auf 130 Grad Celsius.

In der folgenden, zwei Wochen währenden Nacht hingegen sinkt die Temperatur bis auf 160 Grad unter dem Gefrierpunkt. In einigen besonders tiefen Kratern, in die nie ein Sonnenstrahl bis zum Boden vordringt, herrscht gar ewige Kälte. Im 2600 Kilometer breiten Aitken-Becken am lunaren Südpol etwa haben Raumsonden eine Temperatur von minus 233 Grad gemessen - womit der größte Einschlagskrater auf dem Mond zugleich als einer der kältesten Plätze im gesamten Sonnensystem gilt. Dort, am Südpol, wird die "Smart-1"-Sonde besonders genaue Messungen vornehmen. Denn in den Tiefen des Aitken-Beckens vermuten die Esa-Forscher Wassereis - was eine entscheidende Voraussetzung für eine spätere Mondsiedlung wäre.

Ungefähr vor 4 bis 3,8 Milliarden Jahren muss der heftigste Meteoritensturm verebbt sein. Seither hat auch die Kraft des Vulkanismus nachgelassen. Und heute registrieren die von Apollo-Astronauten auf dem Mond zurückgelassenen seismographischen Sonden nur noch hin und wieder schwache, von der Erdgravitation ausgelöste Beben in Lunas Bauch.

Der Mond ist eine stille, in der Zeit erstarrte Welt; aber er birgt das Erbe einer turbulenten Epoche aus der Frühzeit unseres Sonnensystems. Während die Spuren davon auf der Erde längst durch Erosionskräfte verwischt worden sind, hat der Mond sie in seiner Wüstenwelt gebannt. Anhand der lunaren Gesteinsstrukturen können Wissenschaftler nun beispielsweise hochrechnen, in welchem Abstand auch auf der Erde katastrophale Meteoriteneinschläge auftreten wie jener, der womöglich vor 65 Millionen Jahren die Dinosaurier ausgelöscht hat.

Lesen Sie im zweiten Teil, wie der Mond durch den Aufprall eines gigantischen Asteroiden auf die Erde entstanden sein könnte und was der Trabant über die Jugendzeit der Erde verrät

Die "Smart-1"-Sonde soll die dafür notwendigen Daten liefern: Sie analysiert die Beschaffenheit der Mondkruste, indem sie die Eigenschaft von Magnesium, Silizium, Aluminium, Eisen und anderen Elementen nutzt, Infrarot- und Röntgenstrahlen unterschiedlich zu reflektieren. Die Infrarotkamera von "Smart-1" kann dabei 256 Spektralbereiche auseinander halten; die beiden US-Sonden "Clementine" und "Lunar Prospector", die 1994 und 1998 den Mond umrundeten, mussten noch mit sechs Messfeldern auskommen.

"Erst in den Spektralfarben offenbart der Mond sein wahres, faszinierendes Gesicht", sagt "Smart-1"-Forschungsleiter Foing. Leuchtend gelb, feuerrot, violett und apfelgrün präsentiere sich der Erdbegleiter dann - ganz anders als auf den Fotos der Apollo-Astronauten, die eine graue, monotone Welt zeigten. Aus den vom Mond gefunkten Farbmustern sei zu schließen, welche geologischen Prozesse den Trabanten geprägt haben - und vielleicht sogar, wie er genau entstanden ist.

Noch in den 1970er Jahren hielten viele Wissenschaftler ihn für einen großen, von der Erde eingefangenen Asteroiden. Andere Experten wiederum meinten, Mond und Erde seien aus derselben Urwolke entstanden. Die heute gängige Lehrmeinung hingegen, die so genannte "Giant Impact"-Hypothese, entwirft für die Geburt des Mondes ein weitaus dramatischeres Szenario: Ein Asteroid, etwa so groß wie der Mars und vorläufig "Theia" genannt, streift vor rund 4,4 Milliarden Jahren, 150 Millionen Jahre nach der Bildung des Sonnensystems, auf seinem Weg durchs All die junge Erde.

Die Energie des Aufpralls erhitzt die gesamte Erdoberfläche schlagartig auf mindestens 10.000 Grad Celsius und lässt sie zu einer kochenden Magmadecke zerschmelzen. In einer Explosion, die fast eine Stunde lang heller leuchtet als die Sonne, verdampfen Trillionen Tonnen Gestein von Theia und Erde zu einer hochjagenden Wolke, die sich im Weltraum langsam verdichtet und sich - wahrscheinlich innerhalb weniger zehntausend Jahre - zum Mond-Gestirn zusammenballt.

Mehrere Indizien haben die "Giant Impact"-Hypothese inzwischen bestätigt: So ist das Verhältnis verschiedener Sauerstoff-Isotope im Mond- und Erdgestein sehr ähnlich, was auf eine enge Verwandtschaft der beiden Himmelskörper hindeutet. Auch zeigen seismographische Experimente, dass der Trabant nur einen kleinen Kern aus Eisen besitzt - was den Schluss erlaubt, dass der Mond aus dem Mantel einer bereits in Kruste, Mantel und Eisenkern gegliederten Erde herausgetrennt worden ist. Und die Hitze, die beim Einschlag des Asteroiden auftrat, könnte den Mangel an flüchtigen Mineralen wie Zink, Kalium und Phosphor im Mondgestein erklären: Diese sind vermutlich aus der heißen Gaswolke, die später den Mond formte, ins All entwichen.

Von Theia, dem zweiten "Elternteil" des Mondes, wissen die Forscher allerdings noch wenig. Immerhin verraten Computersimulationen, dass in der Anfangszeit des Sonnensystems etwa 100 solcher Riesenasteroiden und unzählige kleinere durch diesen Teil des Weltraums schwirrten: Sie waren aus zusammengeballtem Staub im solaren Urnebel hervorgegangen - und formten durch Kollisionen und Verschmelzungen die vier sonnennächsten Planeten. Trifft die "Giant Impact"-Hypothese zu, wäre die Geburt des Erdtrabanten ein Musterbeispiel für eine solche Kollision - und könnte daher, genauer erforscht, Aufschlüsse auch über die Entstehung anderer Himmelskörper geben.

Die Vielfalt der lunaren Geologie beweist, dass der Erdtrabant nicht nur eine dramatische Geburt, sondern auch eine heiße Kindheit erfahren hat: Der junge Mond wurde vermutlich mindestens 100 Millionen Jahre lang von einem zähflüssigen Magma-Ozean bedeckt. Schwere, eisen- und magnesiumhaltige Minerale sanken darin ab, leichtere stiegen auf, kondensierten und formten eine erste Kruste, den Vorläufer der heutigen, hellen Kontinente. Meteoritenhagel zerschlugen diese Kruste wieder, woraufhin sich vor etwa 4,2 Milliarden Jahren die ersten Meere füllten - mit dunklem Magma aus dem Inneren des Mondes.

Der kosmische Beschuss nahm währenddessen langsam ab - bis vor rund vier Milliarden Jahren, wie die Analysen radioaktiver Isotope im Mondgestein zeigen, erneut ein nahezu apokalyptischer, Jahrmillionen andauernder Hagelschauer über die Mondlandschaft hereinbrach.

Auf der Erde entwickelten sich in jener Zeit vermutlich die Urformen des Lebens. Welchen Einfluss der Meteoritenbeschuss hierauf gehabt hat, gehört zu den größten Mysterien, die anhand des Mondes entschlüsselt werden könnten. Manche Forscher hoffen sogar, auf dem Trabanten selbst noch Fossilien früher Lebensformen zu entdecken: An den Vulkanschloten der Meere könnten vor Jahrmilliarden Archaebakterien gehaust haben - einfachste, früh entwickelte Mikroorganismen, die auf der Erde in extremer Hitze und Kälte, ohne Licht und Sauerstoff überleben können.

Der größte Triumph der Wissenschaftler aber wäre es, wenn sie in den Mondkratern auf Wasser stießen. Die US-Sonden "Clementine" und "Lunar Prospector" haben bei Messungen am lunaren Südpol bereits charakteristische Resonanzsignale für Wasserstoff empfangen. Einige US-Forscher folgerten daraus kühn, in den Tiefen des Aitken-Beckens seien mindestens 100 Millionen Tonnen Wassereis verborgen, ausreichend, um dereinst eine Mondbasis mit mehreren Hundert Einwohnern zu versorgen.

"'Smart-1' wird dieses Rätsel nun hoffentlich klären", sagt Bernard Foing. Lange wird die Esa-Sonde nicht allein im Mondorbit bleiben. Im Februar 2004 soll auch die japanische Mission "Lunar-A" starten, um das bislang kaum enträtselte Herz des Mondes zu erkunden: den Kern, von dem die Experten vermuten, dass er flüssig sei, eisenhaltig und zwischen 440 und 900 Kilometer dick. Eine zweite japanische Mission ist für das Jahr 2006 geplant, und auch Indien und China drängt es zum Mond.

Zum einen geht es allen Nationen natürlich ums Prestige, mit den Russen und den USA im Weltraum gleichzuziehen. Zum anderen ist die Wiederentdeckung des Mondes aber auch der Einsicht der Raumfahrtagenturen zu verdanken, aus der Not sinkender Finanzen eine Tugend machen zu müssen: Bei Mondmissionen lassen sich mit relativ wenig Aufwand neue Techniken erproben, die später zu längeren Reisen ins All genutzt werden könnten: Das "Smart-1"-Projekt etwa kostet gerade einmal 110 Millionen Euro, kaum mehr als ein Tausendstel des Apollo-Budgets. Wenn der Ionenantrieb der Sonde sich bewährt, soll er später eine Mission zum Merkur führen.

Und auch das nächste Etappenziel der Monderkundung, eine für das Jahr 2015 anvisierte, zunächst von Robotern bewohnte Forschungsstation am lunaren Südpol, erscheint manchem Visionär nur als Sprungbrett zu einem weiter entfernten Wüstenplaneten: dem Mars.

Lars Abromeit, GEO Special 

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