Man kann sich den Mond leicht als einen atmosphärenlosen Felsbrocken vorstellen, der die Erde umkreist. Obwohl es ihm an atembarer Luft mangelt, verfügt der treue natürliche Begleiter unseres Planeten über eine dünne und dünne Atmosphäre.
Wissenschaftler haben lange über die Existenz dieser dünnen Atmosphäre oder „Exosphäre“ gerätselt und nach dem Hauptprozess gesucht, der sie aufrechterhält, doch neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass diese dünne Mondatmosphäre oder „Exosphäre“ ihre Existenz der Erneuerung und Wiederauffüllung durch Gewalt verdankt Bombardierung des Mondes mit Weltraumgesteinen.
Das Team, das hinter der Forschung steht, geht davon aus, dass die Atmosphäre des Mondes hauptsächlich und seit Milliarden von Jahren durch diesen Angriff aufrechterhalten wird, der ein Phänomen verursacht, das als „Aufprallverdampfung“ bezeichnet wird. Dieser Prozess findet statt, wenn Einschläge den Mondboden aufwirbeln und Materialien verdampfen, die entweder in den Weltraum entweichen oder über dem Mond schweben und so seine Exosphäre erneuern.
„Wir geben eine eindeutige Antwort darauf, dass die Verdampfung durch Meteoriteneinschläge der dominierende Prozess ist, der die Mondatmosphäre erzeugt“, sagte Teamleiterin Nicole Nie, Assistenzprofessorin am Massachusetts Institute of Technology (MIT), in einer Erklärung. „Der Mond ist fast 4,5 Milliarden Jahre alt und in dieser Zeit wurde die Oberfläche kontinuierlich von Meteoriten bombardiert. Wir zeigen, dass eine dünne Atmosphäre schließlich einen stabilen Zustand erreicht, weil sie durch kleine Einschläge auf dem gesamten Mond kontinuierlich erneuert wird.“ “
Verwandt: Der seltsame „Quasi-Mond“ der Erde, Kamo’oalewa, ist ein Fragment, das aus dem großen Mondkrater gesprengt wurde
Die Gewaltgeschichte des Mondes
Die narbige und narbige Oberfläche des Mondes ist eine klare und offensichtliche geologische Erinnerung daran, dass er im Laufe seiner fast 4,5 Milliarden Jahre alten Geschichte mit Weltraumgestein übersät war.
Zu Beginn der Lebenszeit des Mondes war das junge Sonnensystem heftig und turbulent. Infolgedessen wurde die Mondoberfläche häufig von massiven Meteoriten getroffen. Im Laufe der Zeit zertrümmerten Kollisionen zwischen Körpern des Sonnensystems viele größere Weltraumfelsen. Das bedeutete, dass das Bombardement mit zunehmendem Alter des Mondes weiterging, die Angreifer jedoch zu kleineren „Mikrometeoroiden“ schrumpften, Partikeln aus dem Weltraum, die kleiner als ein Sandkorn sind.
Dennoch reichten diese weniger dramatischen Einschläge immer noch aus, um die Einschlagverdampfung fortzusetzen und die Atmosphäre des Mondes kontinuierlich zu erneuern.
Wissenschaftler begannen erstmals zu vermuten, dass der Weltraumgesteinsangriff auf den Mond teilweise für die Entstehung der Exosphäre verantwortlich war, als der Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) der NASA die dünne Atmosphäre des Mondes, die Oberflächenbedingungen und die Umwelteinflüsse auf den Mondstaub untersuchte im Jahr 2013.
Dies veranlasste sie, zwei Prozesse hervorzuheben, die die Exosphäre regenerieren. Das erste war die Stoßverdampfung, das andere das „Ionensputtern“. Dieser letztere Prozess findet statt, wenn hochenergetische geladene Teilchen von der Sonne, bekannt als „Sonnenwind“, auf die Mondoberfläche treffen und Energie auf Atome übertragen. Dadurch werden diese Atome auch in die Exosphäre geschleudert.
„Basierend auf den Daten von LADEE schien es, dass beide Prozesse eine Rolle spielten“, erklärte Nie. „Es zeigte sich zum Beispiel, dass man bei Meteoritenschauern mehr Atome in der Atmosphäre sieht, was bedeutet, dass Einschläge eine Wirkung haben.“
„Aber es zeigte sich auch, dass es, wenn der Mond von der Sonne abgeschirmt ist, beispielsweise während einer Sonnenfinsternis, auch zu Veränderungen in den Atomen der Atmosphäre kommt, was bedeutet, dass auch die Sonne einen Einfluss hat. Die Ergebnisse waren also weder klar noch quantitativ.“
Nie und Kollegen wollten herausfinden, welcher Prozess hauptsächlich für die Aufrechterhaltung der Mondatmosphäre verantwortlich ist. Dazu griffen sie auf Mondboden zurück, der während der Apollo-Missionen der NASA gesammelt wurde.
Die Antworten liegen im Dreck
Das Team konnte zehn Mondbodenproben berühren, von denen jede nur 100 Milligramm wog. Diese Menge ist so gering, dass Nie schätzte, dass sie in einen einzigen Regentropfen passen würde.
Die Forscher machten sich daran, in diesen Proben zwei Elemente zu isolieren: Kalium und Rubidium. Beide Elemente sind „flüchtig“, was bedeutet, dass sie sowohl durch Meteoriteneinschläge als auch durch Sonnensputtern, die durch Sonnenwindbombardements verursacht werden, leicht verdampfen.
Das Team wollte die Verhältnisse verschiedener „Isotope“ von Kalium und Rubidium sehen. Ein Isotop ist eine Variation eines Elements, das in seinem Atomkern eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen aufweist. Das bedeutet, dass Isotope mit mehr Neutronen (die Anzahl der Protonen kann sich beim Elementwechsel nicht ändern) schwerer sind als Isotope mit weniger.
Das Team sagte voraus, dass leichte Isotope von Kalium und Rubidium eher in der Exosphäre des Mondes schweben würden, während schwerere Isotope auf die Mondoberfläche zurückfallen. Allerdings sollten Aufprallverdampfung und Ionensputtern eine unterschiedliche Wirksamkeit beim Einbringen von Isotopen in die Mondatmosphäre haben. Das bedeutet, dass ein Blick auf die Menge an schweren Isotopen dieser beiden Elemente im Mondboden und ein Vergleich mit der Menge an leichteren Isotopen in den Proben Aufschluss darüber geben sollte, welcher dieser beiden Prozesse der dominantere ist.
„Bei der Aufprallverdampfung würden die meisten Atome in der Mondatmosphäre bleiben, während beim Ionensputtern viele Atome in den Weltraum geschleudert würden“, sagte Nie.
Nie und Kollegen fanden heraus, dass die Böden hauptsächlich schwere Isotope von Kalium und Rubidium enthielten. Dies zeigte ihnen, dass die Aufprallverdampfung der vorherrschende Prozess ist, bei dem Atome verdampft und emporgehoben werden, um die Atmosphäre des Mondes zu bilden. Sie fanden heraus, dass 70 % der Exosphäre durch Meteoriteneinschläge und Einschlagverdampfung erzeugt wurden, wobei 30 % auf Sonnenwinde und Ionensputtern zurückzuführen waren.
„Die Entdeckung eines solch subtilen Effekts ist bemerkenswert, dank der innovativen Idee, Kalium- und Rubidium-Isotopenmessungen mit sorgfältiger, quantitativer Modellierung zu kombinieren“, sagte Justin Hu, Mondbodenforscher an der Universität Cambridge, der nicht an der Studie beteiligt war . „Diese Entdeckung geht über das Verständnis der Mondgeschichte hinaus, da solche Prozesse auf anderen Monden und Asteroiden auftreten könnten und möglicherweise von größerer Bedeutung sind, die im Mittelpunkt vieler geplanter Rückmissionen stehen.“
Auch Nie räumt ein, dass die Ergebnisse des Teams ohne das Apollo-Programm, das im Dezember 1972 mit Apollo 17 zu Ende ging, einfach nicht möglich gewesen wären.
„Ohne diese Apollo-Proben wären wir nicht in der Lage, präzise Daten zu erhalten und quantitativ zu messen, um die Dinge detaillierter zu verstehen“, schlussfolgerte Nie. „Für uns ist es wichtig, Proben vom Mond und anderen Planetenkörpern mitzubringen, damit wir klarere Bilder der Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems zeichnen können.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Freitag (2. August) in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
