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Apollos Forschungsbilanz : 100 Kilometer auf dem Mond und 382 Kilo im Gepäck

Apollo 11: Buzz Aldrin installierte das Experimente-Modul unweit der Landefähre. Bild: AFP

Wo Obama irrte: Die wissenschaftlichen Erträge der Apollo-Missionen lassen erahnen, warum die Raumfahrer immer noch nicht vom Erdbegleiter lassen wollen.

          6 Min.

          Am 25. Mai 1961 schreckte der amerikanische Präsident John F. Kennedy bekanntlich nicht davor zurück, große Versprechungen zu machen. Als wäre seine Ankündigung einer bemannten Mondlandung bis zum Ende des Jahrzehnts für sich genommen nicht schon verwegen genug, ließ er es sich nicht nehmen, auch in Hinsicht auf die wissenschaftliche Bedeutsamkeit der Mission die Messlatte ganz weit nach oben zu legen: „Kein Projekt in dieser Zeit wird eindrucksvoller für die Menschheit sein oder wichtiger für die langfristige Erforschung des Weltraums, und keines wird so schwierig und teuer zu erreichen sein.“ Hinsichtlich der Schwierigkeiten und Kosten lag Kennedy fraglos richtig. Aber wie steht es mit der wissenschaftlichen Bedeutung der Apollo-Missionen?

          Sibylle Anderl

          Redakteurin im Feuilleton.

          Wichtige Erkenntnisse über den Erdtrabanten lieferten tatsächlich bereits die unbemannten Vorbereitungsmissionen der Amerikaner parallel zu den Luna-Missionen der Russen. Das 1959 ins Leben gerufene Ranger-Projekt war das Flaggschiff der unbemannten Nasa-Erkundungen. Die Idee war, die Ranger-Sonden auf dem Mond aufschlagen zu lassen und aus den vor dem Aufprall aufgenommenen Bildern Eigenschaften der Mondoberfläche abzuleiten. Nach erheblichen Anfangsschwierigkeiten konnte schließlich Ranger 7 im Juli 1964 die erhofften Informationen liefern. Die Aufnahmen vom Einschlagsgebiet nahe dem Mare Nubium zeigten Details der lunaren „Strahlensysteme“, von der Erde aus sichtbare Streifen, die radial von den Mondkratern ausgehen. Ranger 7 konnte nachweisen, dass diese Strahlen aus ausgeworfenem Material und Sekundärkratern bestehen und daher Nebenprodukt von Einschlägen sind. Damit lieferten die Ergebnisse einen wichtigen Beitrag in der Debatte über die Natur der Mondkrater und die Frage, ob diese auf Vulkanismus oder auf Einschläge zurückzuführen seien. Zudem wurde deutlich, dass auf der Mondoberfläche große ebene Gebiete existieren. Felsbrocken, die dort zu finden sind, deuteten indes darauf hin, dass die Oberfläche schwere Objekte zu tragen vermochte. Eugene Shoemaker gelang bereits auf der Grundlage der ersten Ranger-Bilder eine erstaunlich detaillierte geologische Analyse der Mondoberfläche, insbesondere auch der Zerkleinerung des Mondgesteins durch fortwährende Einschläge. Die Ranger-Missionen 8 und 9 vertieften diese Ergebnisse.

          Neil Armstrongs rechter Schuh im Mondsand. Über die genaue Beschaffenheit des Monduntergrunds war bis dahin kaum etwas Genaues  bekannt.

          Die fünf Lunar-Orbiter-Sonden der Nasa kartierten zwischen 1966 und 1968 die Mondoberfläche aus dem Orbit und halfen damit bei der Auswahl geeigneter Landestellen für Apollo. Gleichzeitig erlaubten sie aber auch einen Blick in das Mondinnere: Bereits bei der Bewegung der ersten Sonde waren Störungen aufgefallen, die auf ein ungleichmäßiges Gravitationsfeld des Mondes hindeuteten. Diese Beobachtung bestätigte sich bei den übrigen Sonden, die daraufhin auch nach Abschluss der Kartierungsarbeiten im Orbit belassen wurden, um die Anziehung des Mondes zu studieren. Es stellte sich heraus, dass Massekonzentrationen in den Maria-Becken dort für eine verstärkte Gravitation sorgen – ein Umstand, der die Apollo-Missionen deutlich erschweren würde und gleichzeitig wichtige Informationen über die Entstehung und Entwicklung des Mondes lieferte.

          Die Surveyor-Landesonden schließlich sollten nach einer weichen Landung Fotos aufnehmen. Die späteren Sonden sollten außerdem Experimente auf der Mondoberfläche durchführen. Surveyor 5 funkte so erste Resultate ihres Alphapartikel-Röntgenspektrometers zur chemischen Zusammensetzung des Mondgesteins zur Erde: Sie und auch die Folgesonde Surveyor 6 fanden im Mare Tranquillitatis sowie im Sinus Medii eisenreiches Basaltgestein. Surveyor 7 ergänzte dies durch die Analyse von Hochebenen-Gestein im Krater Tycho: Dort war kalziumreicher Plagioklas-Feldspat zu finden, der auf eine vergangene thermische Differenzierung des Mondgesteins hindeutete.

          Als dann am 21. Juli 1969 Neil Armstrong und Edwin Aldrin als erste Menschen den Mond betraten, nutzten sie die zwei Stunden und 32 Minuten außerhalb der Mondlandefähre für eine Reihe weiterer wissenschaftlicher Aktivitäten und Experimente. Der bekannteste Auftrag der Apollo-Astronauten war die Sammlung von Mondgestein für die spätere Analyse auf der Erde. Die Priorität dieser Aufgabe zeigte sich in der Anweisung an Armstrong, gleich nach dem Ausstieg ein erstes „Contingency Sample“ von einem Kilo Gestein aus der nächsten Umgebung der Landefähre zusammenzustellen, damit gesichert wäre, dass in jedem Fall entsprechendes Material zur Erde geschafft würde. Erst danach sollten im weiteren Verlauf des Ausstiegs zusätzliches, geologisch ausgesuchtes Material und zwei Bohrkerne gesammelt werden. Apollo 11 brachte schließlich 22 Kilogramm Mondgestein verschiedenster Größe zur Erde. Erste Analysen zeigten einen extrem geringen Wassergehalt und einen geringen Anteil flüchtiger Elemente. Die Zusammensetzung des Mondgesteins brachte im Vergleich mit dem Gestein der Erde entscheidende Hinweise für die Frage nach der Entstehung des Mondes, für die es bis dahin verschiedene Szenarien gegeben hatte. Die auf der Grundlage der Apollo-Ergebnisse seit den späten achtziger Jahren favorisierte Entstehungsgeschichte sieht den Mond als Resultat der Kollision der jungen Proto-Erde mit einem Mars-großen Himmelskörper, genannt Theia, die den Mond aus Mantelmaterial beider Körper formte.

          Ein weiteres wichtiges Ergebnis der Gesteinsuntersuchungen war dessen Datierung durch Isotopenanalysen. Sie war Voraussetzung für eine Kalibrierung der Mondkrater-Raten (der Dichte der Einschlagkrater als Funktion des Oberflächenalters) insbesondere im Zeitraum vor 3,2 bis 3,8 Milliarden Jahren. Diese Kalibrierung ermöglicht die Altersbestimmung von Oberflächen allein aufgrund der Zählung von Einschlagkratern – nicht nur auf dem Mond, sondern, unter gewissen Annahmen, im gesamten Sonnensystem.

          Alan Shephard landete mit Apollo 14 1971 auf dem Mond. Im zweirädrigen „Handkarren“ sammelte er Gesteinsproben.

          Von Apollo 11 wurden außerdem drei Experimente auf die Mondoberfläche gebracht: eines, um die Zusammensetzung der Teilchen des Sonnenwinds zu prüfen, der auf der Erde weitgehend durch das irdische Magnetfeld abgeschirmt wird, einen optischen Winkelreflektor, der von der Erde zum Mond gesandte Laserstrahlen zurückwerfen kann und so eine Positionsbestimmung des Monds mit einer Genauigkeit von bis zu drei Zentimetern ermöglicht, und ein passives Seismometer, um das Innere des Mondes anhand von Mondbeben zu erforschen. Letzteres arbeitete immerhin 21 Tage lang und zeichnete die von Astronauten und Landefähre ausgelösten Erschütterungen sowie Meteoriteneinschläge auf. Die folgenden Apollo-Missionen installierten ein Netzwerk weiterentwickelter Seismometer, das bis 1977 im Einsatz war und dessen Daten bis heute für neue Ergebnisse sorgen (wie kürzlich beispielsweise in einer in „Nature Geoscience“ erschienenen Studie zu lesen war. Mehr als 1700 Meteoriteneinschläge wurden in diesem Zeitraum registriert sowie monatlich auftretende Mondbeben, die unter anderem auf Spannungen aufgrund von Gezeitenkräften zurückzuführen sind. Das Innere des Mondes besteht den Messungen gemäß aus einer 60 bis 70 Kilometer dicken Feldspat-Kruste, einem Mantel aus Mineralien wie Olivin und Pyroxen und einem relativ kleinen Kern aus größtenteils Eisen. Die Ausbreitung seismischer Wellen bestätigte darüber hinaus die besondere Trockenheit des Mondmaterials.

          Die Sonnenwindexperimente, die neben Apollo 11 auch Apollo 12, 14, 15 und 16 auf dem Mond installierten, setzten Aluminium- und Platinfolien dem Sonnenwind aus, so dass sich die Teilchen – vornehmlich Protonen und Elektronen mit Spuren von Ionen schwererer Elemente – in den Folien festsetzten und auf der Erde analysiert werden konnten. Variationen in der Zusammensetzung konnten mit Variationen der Intensität des Sonnenwinds korreliert werden. Apollo 12 und 15 maßen außerdem das Energiespektrum der Teilchen, das sich verändert, je nachdem, ob und wie stark der Mond auf seiner Bahn in die Ausläufer des irdischen Magnetfelds eingebettet ist.

          Buzz Aldrin entfaltet (noch vor der amerikanischen Flagge) auf der Mondoberfläche das „Solar Wind Composition Experiment“: ein rund 1,40 Meter hohes Sonnenwindsegel, entwickelt von Physikern an der Universität Bern.

          Der Winkelreflektor, der von Apollo 14 und 15 durch weitere ergänzt wurde, ist das einzige Experiment, das noch heute Daten liefert. Die Messungen der Reflektoren ergaben, dass der Mond sich derzeit 3,8 Zentimeter pro Jahr von der Erde entfernt und seine Rotation sich dabei leicht ändert. Diese Bahnänderungen, die auf die gravitative Wechselwirkung des Mondes mit der Erde zurückzuführen sind, liefern weitere Informationen über die Massenverteilung im Inneren des Mondes. Gleichzeitig können sie zur Überprüfung der Allgemeinen Relativitätstheorie herangezogen werden.

          Spätere Apollo-Missionen erweiterten das Spektrum der wissenschaftlichen Experimente, beispielsweise um Messungen der Gase der dünnen Mondatmosphäre, der lunaren Ionosphäre, des Magnetfelds, des Wärmeflusses im Mondboden oder der Gravitationsbeschleunigung an verschiedenen Orten in der Nähe der jeweiligen Landestelle.

          Ob Kennedys von Superlativen getränkte Versprechungen angesichts der Ergebnisse gerechtfertigt waren, darüber lässt sich sicherlich streiten. In jedem Fall ist festzustellen, dass die wissenschaftliche Effizienz der zwölf Astronauten, die zwischen 1969 und 1972 den Mond betraten, bemerkenswert war: In insgesamt 3,4 Tagen, die sie außerhalb der Mondlandefähren verbrachten, legten sie knapp 100 Kilometer zurück, sammelten 382 Kilogramm Mondgestein von mehr als 2000 verschiedenen Fundorten, machten mehr als 6000 Oberflächenfotos und transportierten mehr als 2100 Kilogramm an wissenschaftlicher Ausrüstung auf den Mond. Insbesondere die drei letzten Apollo-Missionen standen dabei ganz im Zeichen der Wissenschaft mit längeren Außeneinsätzen und deutlich mehr wissenschaftlicher Ausrüstung und Experimenten als die ersten Missionen. Die Astronauten erhielten dabei vor ihrem Einsatz ein umfangreiches wissenschaftliches Training, das sich offenbar auszahlte.

          Hochbetrieb auch durch Apollo 15: Die  Astronauten David Scott and James Irwin verließen nach einem zweieinhalb-tägigen Aufenthalt am 2. August 1971 wieder die Mondoberfläche.

          Ist der Mond heute vor dem Hintergrund der Apollo-Ergebnisse wissenschaftlich langweilig geworden? Der amerikanische Präsident Barack Obama hatte dies 2010 in seiner Rede zur amerikanischen Raumfahrtsstrategie angedeutet, als er einer geplanten Rückkehr zum Mond eine Absage erteilte: „Wir sind dort schon gewesen. Buzz war dort. Es gibt sehr viel mehr Raum zu erkunden und sehr viel mehr zu lernen, wenn wir dies tun.“ Diese Einschätzung war sicherlich voreilig, wie nicht zuletzt das chinesische Mondprogramm mit seiner aktuellen Erkundung der Mondrückseite zeigt. Ob heute Roboter in der Lage sein können, menschliche Experimentatoren auf dem Mond zu ersetzen, ist eine andere Frage. Fest steht aber: Der Mond birgt noch manches Geheimnis, und wir können uns sicher noch auf einige wissenschaftliche Überraschungen einstellen.

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