Die Proben, die Astronauten des Apollo-Programms in den 1970er-Jahren von der Mondoberfläche mitbrachten, wiesen eine chemische Merkwürdigkeit auf. In den Gesteinsproben des Trabanten fanden sich kaum flüchtige Substanzen wie Wasser, Kohlendioxid, Stickstoff, Helium oder Argon. Doch im feinen Mondstaub waren sie vorhanden. Der Regolith bestand offenbar nicht nur aus pulverisiertem Gestein, sondern hatte auch Partikel aus anderen Quellen eingefangen. Aber aus welchen? Auf diese Frage gibt nun eine Studie der Universität Rochester, USA, erstmals vollständig Antwort.
Flüchtige Substanzen verdampfen bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Dass sie in Mondgestein so rar sind, erklärt sich aus der Kindheit unseres Trabanten. Er formte sich vermutlich aus den Trümmern eines gewaltigen Zusammenstoßes der heranwachsenden Erde mit einem weiteren Himmelskörper. Später wurde er selbst Opfer kosmischer Bombardements. Die enormen Kräfte, die bei diesen Ereignissen wirkten, ließen das Gestein schmelzen. Aus dem glühend heißen Magma traten die flüchtigen Substanzen als Gase aus.
Dass sie sich nach der wilden Jugend des Mondes wieder im Mondstaub anreicherten, hat mindestens zwei Gründe. Eine Quelle ist der Sonnenwind. Er fließt als steter Strom elektrisch geladener, energiereicher Partikel von unserem Stern aus ins All. Der Mond besitzt im Gegensatz zur Erde weder ein schützendes Magnetfeld noch eine dichte Atmosphäre; lediglich eine dünne Gashülle umgibt ihn. Die Teilchen des Sonnenwindes treffen ihn also zahlreich und mit Wucht.
Spuren einer Ära ohne Magnetfeld?
Doch der Sonnenwind allein kann nicht erklären, warum der Mondstaub so reich an Stickstoff ist. Zumal die chemischen Eigenschaften des Stickstoffs – genauer gesagt das Isotopenverhältnis, der Anteil von Atomen mit mehr oder weniger Kernteilchen – nicht zu einem solaren Ursprung passen. In der Vergangenheit kursierten unterschiedliche Theorien zum Ursprung des Stickstoffs, darunter Ausgasungen von Mondvulkanen, interplanetarer Staub oder die Einschläge von Asteroiden, Meteoriten und Kometen.
2005 schlugen japanische Forschende die Erdatmosphäre als Quelle der Teilchen vor. Doch sie gingen davon aus, dass unser heutiges Magnetfeld den Partikeln ein Entkommen unmöglich machen würde. Stattdessen vermuteten sie, dass der Stickstoff in einer sehr frühen Epoche der Erdgeschichte auf den Mond gelangt sein müsse, bevor der Geodynamo richtig in Schwung kam.
Forschende der Universität Rochester analysierten nun Gesteinsproben des Mondes und prüften in einer Computersimulation, wie Sonnenwind und Erdmagnetfeld die Reise der Teilchen zu verschiedenen Zeiten in der Geschichte des Sonnensystems beeinflusst haben könnte. Sie stellten fest, dass unser Magnetfeld sie auch heute nicht von einem Trip zum Mond abhält. Im Gegenteil: Unter den richtigen Umständen lenkt und beschleunigt es sie sogar. Die Studie von Shubhonkar Paramanick, John Tarduno und Jonathan Carroll-Nellenback erschien in der Fachzeitschrift "Communications Earth and Environment".
Ein chemisches Archiv der Erdgeschichte
Auf der Tagesseite wird das Erdmagnetfeld durch den energiereichen Teilchenstrom unseres Sterns gestaucht. Auf der Nachtseite hingegen reicht es als Magnetschweif bis in die Umlaufbahn des Mondes hinein. Durchquert der Mond diesen Schweif, prasseln vom Sonnenwind aus der Atmosphäre geschlagene, elektrisch geladene Partikel auf die Oberfläche und reichern sich dort an. Und das nicht zu knapp. Pro Quadratmeter treffen sekündlich schätzungsweise 241.000 irdische Stickstoffatome auf dem Mond ein. Auch Wasserstoff sowie die Edelgase Helium, Neon und Argon landen auf der erdzugewandten Seite.
Das Autorenteam wittert auf dem Mond deshalb ein einmaliges chemisches Archiv. "Die Geschichte der irdischen Atmosphäre, die sich über Milliarden von Jahren erstreckt, könnte in vergrabenen Mondböden erhalten geblieben sein", schreiben sie. Zukünftige bemannte Missionen hätten die Chance, in diesem Archiv zu stöbern. Erstautor Paramanick blickt sogar über die Grenzen unseres Sonnensystems hinaus. Er erhofft sich weitere Einblicke in die Entstehungsgeschichte von Planeten. Warum etwa verlieren manche Himmelskörper wie der Mars das Magnetfeld und die dichte Atmosphäre, die sie in ihrer Jugend besitzen? Aus den Antworten, so sagt Paramanick, "können wir Erkenntnisse darüber gewinnen, wie diese Prozesse die Bewohnbarkeit von Planeten beeinflussen."
