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Chinesische Mondmission : Ozean der Flammenstürme

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Kurz nach der Landung auf der Erde: Die Raumkapsel Chang'e 5 landete am 17.12. 2020 in der nordchinesischen Steppe. Bild: dpa

Im vergangenen Jahr brachte China seit mehr als 40 Jahren wieder Mondgestein zur Erde. Die Gesteinsproben weisen auf eine späte Erkaltung unseres Trabanten hin – und bergen noch einige andere Überraschungen.

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          Das schönste Weihnachtsgeschenk für Lunatiker kam im vergangenen Jahr aus China. Im Dezember 2020 hatte die chinesische Mission Chang’e-5 – benannt nach der Mondgöttin – erfolgreich Mondgestein zurück auf die Erde gebracht. Die Ergebnisse der Analysen wurden mit großer Spannung erwartet, denn die amerikanischen und sowjetischen Missionen vor rund einem halben Jahrhundert hatten das Gebiet nicht abgedeckt, auf dem Chang’e-5 gelandet war. Und seitdem hatte es keine Mondmission mit Probenrückholung gegeben.

          Im Gegensatz zum Mondrover Yutu 2, der mit der Mission Chang’e-4 gestartet war und seit Januar 2019 über die Rückseite des Mondes rollt, hatte Chang’e-5 auf der Vorderseite aufgesetzt. Zielort war der nördliche Teil des Oceanus Procellarum, im Deutschen als Ozean der Stürme bekannt. Dieses Gebiet im Westen der erdzugewandten Mondseite ist besonders interessant, weil es das vermutlich geologisch jüngste Material auf dem Mond aufweist. Yutu heißt übrigens „Jadehase“. In der chinesischen Mythologie ist er Begleiter der Mondgöttin. Insgesamt 1731 Gramm Mondgestein hatte Chang’e-5 gesammelt: davon knapp 1500 Gramm Oberflächenmaterial, das von verschiedenen Stellen rund um den Lander abgegraben wurde, und knapp 300 Gramm, die ein Bohrer aus bis zu zwei Meter Tiefe geholt hatte.

          Gleich mehrere Forschungsteams stellten nun ihre Analysen des gewonnenen Gesteins vor. Ursprünglich gab es die Hoffnung, sehr junges Material mit einem Alter von etwas über einer Milliarde Jahren zu finden. Die Alterseinschätzungen konnten bislang jedoch nur mittels Kraterzählung durchgeführt werden; diese weist große Ungenauigkeiten auf, sodass auch ein Alter von über drei Milliarden Jahren möglich gewesen wäre.

          Das jüngste je zur Erde gebrachte Mondgestein

          Ganz so jung wie erhofft ist das Gestein im Ozean der Stürme allerdings nicht, wie ein Forschungsteam mithilfe der Blei-Blei-Datierung feststellen konnte. Bei dieser Methode vergleicht man das Verhältnis von Blei-Isotopen, die entweder natürlich vorliegen oder aus dem Zerfall von Uran- oder Thorium-Isotopen hervorgegangen sind. Das ermittelte Alter beträgt rund zwei Milliarden Jahre. Damit hat Chang’e-5 das jüngste je auf die Erde zurückgebrachte Mondmaterial gesammelt. Die früheren Missionen hatten deutlich älteres Gestein im Gepäck, drei bis mehr als vier Milliarden Jahre alt.

          Wie andere Forscher nachweisen konnten, ist der Wassergehalt in den mitgebrachten Basalten sehr niedrig. Wasser war also kein Treiber für den jüngeren Vulkanismus auf dem Mond. Der Wasseranteil liegt zudem am unteren Ende dessen, was nach Schätzungen für ältere Mondgesteine zu erwarten gewesen wäre. Dies ist ein Indiz dafür, dass diese Basalte durch lang anhaltende vulkanische Aktivität dehydriert wurden. Bei weiteren Analysen fanden Forscher in den Gesteinen weniger radioaktive Elemente, die Wärme erzeugen, als erwartet. Der Mondmantel muss also andere Quellen für seine vulkanischen Aktivitäten besessen haben.

          Spuren von Vulkanismus und Einschlägen

          Rund zehn Prozent der Gesteine wiesen exotische chemische Zusammensetzungen auf. Einige glasartige Partikel stammen wohl von energetischem, fontänenartigem Vulkanismus aus bis zu 200 Kilometer Entfernung. Auch Impaktfragmente von Einschlagskratern aus mehr als 1000 Kilometer Entfernung ließen sich finden. Den größten Beitrag lieferte der Krater Harpalus im Nordwesten, gefolgt von Copernicus und Aristarchus.

          Zusammengenommen zeichnen all diese Resultate ein interessantes Bild von unserem Trabanten. Insbesondere verschiebt sich die Datierung der ältesten magmatischen Gesteine auf dem Mond deutlich nach vorne: Anstelle von bislang nachgewiesenen 2,8 Milliarden Jahren sind die jüngsten lunaren Basalte höchstens zwei Milliarden Jahre alt. Der Mond war also deutlich länger vulkanisch aktiv als gedacht, und im Ozean der Stürme kochte in der Tat bis zu diesem Zeitpunkt vielerorts noch ein brodelndes Lavameer – gewiss ein faszinierender Anblick bei Nacht, hätte es damals schon Beobachter gegeben.

          Was aber war Grund für diesen Vulkanismus? Als Energiequelle schlagen die Forscher Gezeitenreibung durch die Erde vor. Schließlich gab es keine ausreichende Menge an radioaktiven Elementen im Mantel des Mondes, die so viel Hitze hätten produzieren können. Und es gibt auch keinen Hinweis auf einen massiven Meteoriteneinschlag, wie etwa Auswurfmaterial oder Gravitationsanomalien. Zudem war der Mond vor zwei Milliarden Jahren rund ein Drittel näher an der Erde, und die Gezeitenkräfte waren deutlich größer. Vermutlich wiesen die Gesteine im Ozean der Stürme eine niedrigere Schmelztemperatur auf als in anderen Gebieten, weshalb hier am längsten Vulkanismus herrschte.

          Die absolute Altersbestimmung der Basalte per Isotopendatierung ist auch für das Studium anderer Himmelskörper wertvoll. Bisherige vulkanische Gesteinsproben vom Mond waren älter als rund drei Milliarden Jahre oder jünger als eine Milliarde Jahre. Diese Lücke lässt sich endlich schließen und die Methode der Kraterzählung neu kalibrieren. Auch auf dem Merkur und dem Mars wird man nun das Alter vieler Regionen deutlich besser einschätzen können.

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