Der Mond verschlingt Erde – neue Studie löst altes Rätsel

Der Mond ist stärker mit der Erde verbunden als bisher angenommen. Dies zeigt eine aktuelle Studie der University of Rochester, die imFachzeitschrift „Nature Communications Earth & Environment“erschien. Laut dieser werden Gase wie Sauerstoff, Stickstoff oder Wasserstoff aus der oberen Erdatmosphäre ins All transportiert und sammeln sich im Laufe der Zeit auf der Oberfläche des Mondes.

Die Forscher präsentieren mit ihrer Untersuchung eine neue Erklärung für ein Problem, das die Wissenschaft seit den Apollo-Missionen der 1960er- und 1970er-Jahre beschäftigt. In den damals auf die Erde gebrachten Mondproben fanden sich überraschend viele flüchtige Substanzen wie Wasser, Kohlendioxid und Edelgase. Längst galt der Sonnenwind als Hauptquelle dafür. Erst 2005 stellten Wissenschaftler der Universität Tokio die These auf, dass einige dieser Stoffe aus der Atmosphäre der jungen Erde stammen könnten, zu einer Zeit, als noch kein schützender Magnetfeld existierte, etwa 3,7 Milliarden Jahre vor heute.

Die aktuellen Ergebnisse zeigen nun ein anderes Bild: Laut diesen könnte das Erdmagnetfeld nicht nur als Schutzschild gegen den Sonnenwind dienen, sondern unter bestimmten Umständen sogar dazu beitragen, dass Atmosphärenpartikel verloren gehen. Dazu nutzten die Wissenschaftler Computersimulationen. Diese ergeben: Wenn der Sonnenwind und das Magnetfeld aufeinandertreffen, entstehen Strömungen, die Teilchen aus der aufgeblähten oberen Atmosphäre abtragen können.

Nicht nur ein Schutzschild: Das Erdmagnetfeld fördert den Verlust von Teilchen aus der Atmosphäre

Das Erdmagnetfeld entsteht tief im Inneren des Planeten: Durch die Bewegung von flüssigem Eisen und Nickel im äußeren Erdkern entstehen elektrische Ströme, die ein starkes Magnetfeld erzeugen. Dieses erstreckt sich weit über die Atmosphäre hinaus ins All und schützt die Erde vor dem größten Teil des Sonnenwinds. Andernfalls würde dieser die Atmosphäre allmählich abtragen.

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Im Zusammenhang mit dem Sonnenwind entsteht eine sogenannte Magnetosphäre, die der Form eines Kometen ähnelt, wobei sie vorne flach und nach hinten in einen langen Schweif verlängert ist. Entlang dieser Magnetfeldlinien entstehen nahe den Polen auch die bekannten Polarlichter, wenn energiereiche Teilchen mit Gasen in der Atmosphäre zusammenstoßen.

Besonders wirksam ist dieser Vorgang, wenn der Mond den sogenannten Magnetoschweif durchquert, eine ausgedehnte Struktur auf der Nachtseite der Erde. Dieser Prozess findet mehrere Tage im Monat statt, insbesondere in der Nähe des Vollmonds. In dieser Zeit können die Teilchen ungehindert bis zur Mondoberfläche gelangen, wo sie sich in dem staubigen Regolith absetzen. Da der Mond keine Atmosphäre besitzt, bleiben diese Partikel dort erhalten.

Austausch zwischen Mond und Erde dauert bis heute an

Um ihre Modelle zu testen, verglichen die Wissenschaftler ihre Ergebnisse mit Analysen echter Mondproben aus den Apollo-14- und Apollo-17-Missionen. „Unsere Ziel war es, das Verhältnis dieser Mischung zu ermitteln oder zu unterscheiden, welche Partikel von der Sonne und welche von der Erde stammen“, sagt Shubhonkar Paramanick, Hauptautor der Studie.

Die Ergebnisse zeigen, dass der Austausch zwischen Erde und Mond bis heute fortgesetzt wird. Für die Wissenschaft ist dies von großer Bedeutung: Der Mond könnte ein chemisches Archiv der ursprünglichen Erdatmosphäre sein und Hinweise auf die Entstehung des Lebens liefern.

Auch in der Raumfahrt hat die Entdeckung praktische Auswirkungen. Die Gase, die im Mondstaub gebunden sind, könnten zukünftig als Ressource genutzt werden. „Für langfristige Mondmissionen oder sogar Mondbasen wäre es notwendig, über autarke Ressourcen zu verfügen, die nicht aus der Erde importiert werden müssen“, erklärt Eric Blackman, Mitautor der Forschungsarbeit. Zum Beispiel könnte Sauerstoff oder Wasserstoff aus dem Regolith gewonnen werden – auch für die Herstellung von Treibstoff.