Fast 40 Jahre lang wurde unser nächster kosmischer Nachbar, der Mond, in Ruhe gelassen, während wir uns anderswo im Sonnensystem umsahen. Das änderte sich 2013, als Chinas Lander Chang’e 3 auf der Mondoberfläche landete. Seitdem ist das Interesse am Mond explodiert. Die NASA, China und sogar private Unternehmen eilen darauf zurück, wobei Dutzende von Roboter- und Menschenmissionen geplant sind. In den kommenden zehn Jahren wird es auf der Mondoberfläche viel voller werden, aber dieses Mal bleiben wir.
„Wir wissen, dass der Mond über potenzielle Ressourcen verfügt, die für die Weltraumforschung nützlich sein werden“, sagt Ian Crawford, Professor für Planetenwissenschaften an der Birkbeck University of London. „Besonders Wassereis, das in den sehr dunklen Schatten der Krater an den Polen eingeschlossen ist.“
Im Gegensatz zur Erde ist die Mondachse nicht in einem großen Winkel geneigt, sodass die Sonne ständig über Ihnen steht, wenn Sie sich am Mondäquator befinden. Wenn Sie sich jedoch an den Mondpolen befinden, steht die Sonne immer am Horizont und erzeugt lange, dauerhafte Schatten in den umliegenden Kratern. Seit Milliarden von Jahren vor der Sonne verborgen, sind die Temperaturen in diesen Kratern so niedrig, dass Wassereis in ihnen überleben konnte, und das hat das Interesse aller geweckt.
„Wasser ist eine äußerst nützliche Substanz für die Weltraumforschung, sicherlich im Zusammenhang mit der Erforschung des Menschen“, sagt Crawford. „Es ist lebensnotwendig, kann aber auch in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt werden. Zusammen sind sie ein nützlicher Raketentreibstoff.“
Obwohl Planetengeologen seit Jahren Anzeichen von Mondeis gesehen haben, kam der erste endgültige Beweis für das Vorhandensein von Wasser im Jahr 2018 nach einer detaillierten Analyse durch den Moon Mineralogy Mapper der NASA auf dem indischen Mondorbiter Chandrayaan-1.
Obwohl wir hier auf der Erde viel Wasser haben, ist es schwer – jeder Kubikmeter wiegt 1.000 kg. Es in den Weltraum zu bringen, erfordert eine enorme Menge an Energie. Wenn wir stattdessen einen Weg finden könnten, Wasser jenseits der Anziehungskraft der Erde zu gewinnen, würde dies größere und ehrgeizigere Projekte sowohl auf dem Mond als auch darüber hinaus ermöglichen.
„Wenn wir uns an einem Programm zur bemannten Weltraumforschung beteiligen wollen, ist der Mond der offensichtliche Ausgangspunkt“, sagt Crawford.
Während es an beiden Polen Wasser zu geben scheint, ist es im Süden am konzentriertesten. Eine Region, die als Südpol-Aitken-Becken bekannt ist – der größte Einschlagskrater des Mondes – beherbergt mehrere große Eisvorkommen. Unklar ist jedoch, welche Form das Eis annimmt.
„Wir befinden uns noch in der anfänglichen Prospektionsphase“, sagt Crawford. „Wir wissen nicht, ob wir hier und da große Eisblöcke untersuchen sollten oder nur winzige, mikrometergroße Eiskörner, die sich mit dem Mondboden vermischt haben.“
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Die NASA plant, den Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) im Jahr 2023 in das Aitken-Becken zu schicken. Dort soll er in den Schatten eines der Krater fahren, um das Eis an der Oberfläche zu untersuchen und mit seinem Bohrer zwei Meter darunter.
Auch für Wissenschaftler ist das Wasser von besonderem Interesse. Da es Millionen oder manchmal Milliarden von Jahren ungestört geblieben ist, gibt es Planetengeologen ein Fenster in die Vergangenheit.
„Der Mond ist sehr alt und geologisch inaktiv, was bedeutet, dass er eine Art Museum für die Entwicklung von Gesteinsplaneten ist – [seine Felsen halten] eine Aufzeichnung seiner frühesten Entwicklung kurz nach seiner Entstehung“, sagt Crawford. Das Eis könnte als Archiv fungieren und detailliert beschreiben, wie Wasser von Kometen und Asteroiden zum Mond gebracht wurde. Da diese auch Wasser zu unserem Planeten transportiert hätten, würde uns ein solches Verständnis genauso viel über die Geschichte der Erde sagen wie über den Mond.
Während viele Missionen gerne dem Wasser folgen und die Polarregionen erkunden möchten, ist dies nicht ohne Herausforderungen. Bisher sind die meisten Mondmissionen am sonnenbeschienenen Äquator gelandet, wo Sonnenkollektoren problemlos Strom liefern können. Es ist viel schwieriger, wenn Sie sich an einen Ort begeben, der in permanenter Dunkelheit liegt.
Einige frühe Missionen wie VIPER werden wiederaufladbare Batterien verwenden, um kurze Aufenthalte in den Schatten zu unternehmen, aber längerfristige Missionen erfordern mehr Überlegung. Wenn zukünftige Astronauten planen, das Mondeis abzubauen, brauchen sie dafür eine dauerhafte Basis, und das erfordert einen ganz bestimmten Standort, um erfolgreich zu sein.
„Der beste Ort, wenn Sie ihn auf dem Mond finden könnten, wäre ein dauerhaft schattiger Bereich mit Wasser, in der Nähe eines Gipfels mit anhaltendem Licht, der fast das ganze Jahr über sonnenbeschienen bleiben könnte, um Strom aus Sonnenkollektoren zu erhalten, und eine Höhle als Unterschlupf“, sagt er John Thornton von Astrobotic, dem Unternehmen, das von der NASA beauftragt wurde, VIPER zum Mond zu transportieren. „Höhlen bieten eine schöne, thermische Umgebung unter der Erde. Wenn wir diesen Ort finden könnten, besteht kein Zweifel, dass dies der Ort sein wird, an dem eine menschliche Siedlung auftaucht.“
Sobald ein Platz gefunden ist, geht es darum, eine Basis zu bauen. Anfangs wird dies wahrscheinlich mit Strukturen geschehen, die von der Erde transportiert werden, obwohl Gewichts- und Größenbeschränkungen für Trägerraketen das Versenden einschränken werden, daher wäre es viel besser, eine Basis vor Ort zu bauen. Zum Glück gibt es überall auf dem Mond Baumaterialien. Mehrere Projekte befassen sich mit der Gewinnung von Regolith – der feinen Staubschicht, die durch Mikrometeoriten entsteht, die Mondgestein pulverisieren – und deren Verwendung zum 3D-Druck von Strukturen.
Längerfristig könnte es möglich sein, Eisen und Titan aus Mondgestein zu gewinnen. Wir müssten eine Raffinerie bauen, um sie zu verarbeiten, aber der Zugang zu solchen Metallen jenseits der Schwerkraft der Erde würde es uns ermöglichen, viel größere Strukturen und Raumfahrzeuge zu bauen. Die im Januar 1994 gestartete Raumsonde Clementine entdeckte die höchsten Konzentrationen der Metalle um die Mondstute herum – die dunklen Regionen, die durch uralte Lavaströme entstanden sind. Als zusätzlichen Bonus sind die meisten Erze Oxide, also würden sie Sauerstoff als Nebenprodukt produzieren.
Aber nicht alle potenziellen Mondressourcen sind so einfach zu gewinnen. Es gibt schätzungsweise Milliarden Tonnen Helium-3, eine potenzielle Brennstoffquelle, auf der Mondoberfläche, aber seine Gewinnung würde einen riesigen Industriekomplex erfordern, der jede Sekunde Hunderte von Tonnen Regolith abbaut – eine Aussicht, die noch Jahrhunderte davon entfernt ist, realisierbar zu sein, selbst unter die ehrgeizigsten Umstände.
Solch ehrgeizige Pläne können jedoch nicht alleine durchgeführt werden. Derzeit arbeiten zwei Supermächte daran, Menschen auf den Mond zu bringen:die USA und China. Obwohl das US-Gesetz die beiden an einer Zusammenarbeit hindert, wenden sie sich beide an andere Nationen, um ihnen zu helfen, ihr Ziel zu erreichen.
„Die Erforschung des Mondes kann zu einem enormen Schwerpunkt für die internationale Zusammenarbeit werden, was meiner Meinung nach sehr wünschenswert wäre, insbesondere im heutigen internationalen Klima“, sagt Crawford.
Obwohl Chinas Raumfahrtprogramm erst 2003 seinen ersten „Taikonauten“ ins All geschickt hat, macht es große Fortschritte. Seine Chang'e-Reihe von robotischen Mondmissionen war äußerst erfolgreich und sah die erste Landung auf der anderen Seite des Mondes im Jahr 2019 (Chang'e 4) und plant, die ersten Proben vom Südpol des Mondes mit Chang'e 6 zurückzubringen (voraussichtlicher Start im Jahr 2023).
Die Mission Chang’e 4 trug Instrumente aus den Niederlanden, Schweden und Deutschland, während europäische Astronauten bereits mehrere Trainingsübungen zusammen mit ihren chinesischen Kollegen durchgeführt haben. Obwohl die Chinesen ihre genauen Pläne geheim halten, haben sie deutlich gemacht, dass diese Missionen ein Vorläufer einer Mondlandemission sind.
Mit mehreren Jahrzehnten mehr Erfahrung, auf die zurückgegriffen werden kann, sind die US-Bemühungen etwas ausgereifter. Ihre aktuellen Pläne konzentrieren sich auf das Gateway, eine Mondstation, die den Mond umkreisen würde. Die Station würde als Zwischenstation für Missionen zur Mondoberfläche und möglicherweise zum Mars und darüber hinaus dienen.
Die japanischen, kanadischen und europäischen Raumfahrtbehörden haben sich alle bereit erklärt, Teile der Station zu bauen, mit dem Versprechen, eines Tages ihre eigenen Astronauten zum Mond zu schicken. Die ersten Sektionen des Gateways sollen 2023 fliegen, der Betrieb soll 2026 beginnen. Unterdessen plant die NASA bereits die Artemis-Mission, die bis 2024 die erste Frau zur Mondoberfläche schicken soll.
Diese Ambitionen tragen auch dazu bei, einen Zweig der Weltraumforschung zu fördern, der im letzten Jahrzehnt aufgeblüht ist:Privatunternehmen. Um das Wachstum des Weltraumsektors zu fördern, hat die NASA die Initiative „Commercial Lunar Payload Services“ ins Leben gerufen, die Unternehmen auffordert, die wissenschaftlichen Instrumente der Weltraumbehörde zum Mond zu transportieren.
„Die NASA plant, in den nächsten acht bis zehn Jahren mindestens zwei Mondmissionen pro Jahr zu kaufen“, sagt Thornton. „Dies ist ein erster Schritt zur Kommerzialisierung routinemäßiger, regelmäßiger Transporte zum Mond.“
Es ist nicht nur viel billiger für die NASA, sondern schafft auch Möglichkeiten für diejenigen mit einem viel kleineren Budget. Ende 2021 wird Astrobotic seinen Peregrine-Lander mit einem Dutzend NASA-Instrumenten zum Mond schicken, aber er hat auch Platz, um andere Projekte zu einem Preis von 1,2 Millionen Dollar pro Kilo (ca. 850.000 Pfund) zu transportieren. Das mag viel klingen, ist aber raumfahrttechnisch gesehen ein Schnäppchen.
„Schon bei unserer ersten Mission haben wir ein breites Spektrum an Kunden“, sagt Thornton, der Universitäten, Unternehmen und sogar Privatpersonen gesehen hat, die sich für eine Mitfahrgelegenheit angemeldet haben. „Wir haben eine Nutzlast aus Großbritannien, die eigentlich ein lustiger kleiner Laufrover ist, der über die Oberfläche laufen wird.“
Neben Astrobotic bereiten sich viele andere Unternehmen darauf vor, zur Mondoberfläche aufzubrechen. Obwohl noch keiner von ihnen erfolgreich gelandet ist, gibt es keinen Mangel an Passagieren, die darauf warten, per Anhalter mitgenommen zu werden. Auf der Mondoberfläche wird es geschäftiger denn je.
- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 362 des BBC Science Focus Magazine – Hier erfahren Sie, wie Sie sich anmelden können
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