Mondtagebuch: Die Geschichte der Reise der Erde durch Raum und Zeit, aus der Sicht des Mondes

Der Mond ist seit fast 4,5 Milliarden Jahren der konstante Gefährte der Erde. Zusammen reisten sie um die Sonne und durch die Milchstraßen Galaxie. Sie sind zusammen entstanden, gewachsen und besitzen eine gemeinsame Vergangenheit. Was den Mond so wissenschaftlich interessant macht, ist die Tatsache, dass er im Vergleich zur Erde ein sehr einfach geformter Ort ist. Ihm fehlt die schützende Atmosphäre der Erde, es gibt weder Wind noch Regen und seine Oberfläche wurde nicht durch tektonische Aktivitäten verändert. Aufgrund dessen, trägt die uralte Oberfläche des Mondes Markierungen und chemische Spuren seiner Reise an der Seite der Erde und erhält so die Beweise der frühsten geologischen Geschichte.

Der Mond kann uns über die Entstehungsgeschichte der inneren Planeten des Sonnensystems berichten und ist ein Tagebuch der Reise von Erde und Mond. Er kann uns von den Plätzen erzählen an denen unser Planet war und über die Mitreisenden die wir auf dem Weg getroffen haben.

In dieser zweiteiligen Serie, werde ich zuerst erläutern warum Wissenschaftler zum Mond zurückkehren möchten, welche wissenschaftlichen Fragen noch ungeklärt sind und warum es wichtig ist Antworten auf diese zu finden. Der zweite Artikel (in der nächsten Ausgabe) wird sich auf die Herausforderungen einer Rückkehr zum Mond konzentrieren und wie diese zu lösen sind.

Die Menschheit landete in der Zeit von 1969 bis 1972 sechsmal auf dem Mond. Im Jahre 1972 waren Ihre Studenten noch nicht geboren, Handys existierten nicht, Computer hatten die Größe eines Zimmers und die wissenschaftlichen und technischen Möglichkeiten waren noch sehr rückständig im Vergleich zu heute. Wissenschaft und Technik haben sich seit den ersten Mondladungen sehr verändert  und die  Erforschung des Mondes wird nun anders betrieben.

Während der 6 Apollo Missionen betraten 12 Menschen den Mond^w1. Sie brachten 382 kg Mond Material zurück zur Erde^w2. Die Sowjet Union besaß auch ein sehr aktives Mondprogramm und obwohl sie nie einen Menschen zum Mond schickten, entsendeten sie Roboter zur Mondoberfläche^w3. Bei einer Vielzahl von Roboter Missionen, konnten 3 sowjetische Luna Missionen insgesamt 300 g Mondgestein mitbringen^w2,w4.

Die Proben der Apollo Missionen werden in einer besonderen Anlage in Houston, Texas, USA aufbewahrt, während die Luna“Proben im Verndasky Instiut in Russland aufbewahrt werden. Diese Proben werden immer noch von Wissenschaftlern untersucht und es werden weiterhin neue und unerwartete wissenschaftliche Ergebnisse gewonnen.

Obwohl wir auf dem Mond standen, haben wir kaum die Oberfläche dessen angekratzt was seine Erforschung angeht und was der Mond uns über uns selber sagen kann. Ähnlich wie Außerirdische die auf einer Düne in der Sahara landen, niemals sagen können, dass sie Afrika erforscht und verstanden haben, so ist das Ausmaß unserer Erforschung des Mondes zu verstehen.

Die Geschichte der Erde und des Sonnensystems

Die Entstehungsgeschichte des Mondes ist immer noch wissenschaftlich umstritten. Die führende wissenschaftliche Theorie besagt, dass eine großes Objekt namens Theia auf der Erde einschlug, Theia dabei zerstört wurde und eine massive Zerstörung der Erde ausgelöst wurde^w5. Es entstand eine große Wolke aus Bruchstücken, die sich mit der Zeit zusammenschlossen und den Mond formten. Es gibt jedoch Widersprüche in diesem Model und Computersimulationen können die Theorie nicht bestätigen.

Detaillierte chemische Analysen von Mond Proben von neuen Sammelpunkten würden Wissenschaftlern neue Informationen über die Zusammensetzung des Mondes geben und unser Verständnis über die Entstehung des Mondes erweitern ( siehe Herwartz et al., 2014, der Nachweis von Theia in Bodenproben des Mondes).

Zur Altersbestimmung der Mondproben analysieren Wissenschaftler das Verhältnis verschiedener Mutter-Tochter-Isotope^w6. Diese Methode kann auch dazu verwendet werden, das Alter bestimmter Gebiete und Krater zu bestimmen, von denen Proben genommen wurden^w7. Wenn nun Wissenschaftler diese Informationen mit der Anzahl der Krater in einem bestimmten Gebiet kombinieren, können sie die Anzahl der Meteor Einschläge für einen  Zeitraum bestimmen. Von diesen Informationen kann dann das Alter von Krateroberflächen anderswo auf dem Mond und im gesamten inneren Sonnensystem abgeleitet werden. Indem Wissenschaftler mehr über die Einschläge auf dem Mond lernen, können genauere Schlussfolgerungen über die Einschläge auf der Erde gemacht werden, welche mit der Zeit durch unsere Umwelt ausgelöscht wurden ( zum  Beispiel durch Wind, Regen und Plattentektonik).

“NASA’s Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS)” Mission bestätigte das es Wasser und Eis, als auch gefrorene Gase (wie Methan, Ammoniak, Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid) in den permanent sonnenabgewandten Regionen der Mondpole gibt^w8. Mond-Eis setzt sich aus all dem Eis zusammen, das während verschiedener Einschläge an die Oberfläche befördert wurde. Eine Analyse dieses Eises könnte hilfreich sein um den Ursprung des Wassers auf der Erde zu verstehen.  Zusätzlich wird angenommen,  dass es im Mond-Eis Einschlüsse gibt und dies ein guter Ort wäre um nach gefroren Gasen und präbiotische chemischen Reaktionen zu suchen. Einige Theorien legen nahe, dass die frühen Vorläufer des Lebens auf der Erde durch Eis Einschläge zu Erde gebracht wurden oder dabei entstanden sind^w9.  Die Analyse von Mond-Eis kann somit den Wissenschaftlern helfen den sehr frühen Ursprung des Lebens auf der Erde zu verstehen.

Reisen über den Mond hinaus und in de Tiefen des Weltraums

Der Mond kann auch als Teststandort für Missionen zum Mars und anderen Planeten verwendet werden.  Es wurde viel Wissen in abgelegenen Umgebungen auf der Erde und auf der Internationalen Raumstation (ISS) gesammelt, aber der Mond repräsentiert ein größeres Schwierigkeitslevel im Vergleich zu dem was bereits erreicht wurde. Der Mars stellt eine noch  größere Herausforderung als der Mond dar. Alle Hindernisse müssen zunächst auf dem erdnahen Mond überwunden werden, bevor wir hoffen können auf anderen weiter entfernten Planeten erfolgreich zu sein. Der Mond kann als Testort für folgende Dinge dienen:

• Aufbau einer Basisstation auf einem anderen Planeten: Wir können auf unsere Erfahrungen mit entlegenen Stationen, wie den Forschungsstationen in der Arktis und Antarktis zurückgreifen, aber es gibt noch viel zu lernen über den Aufbau eines Lebensraums außerhalb unseres Planeten. Um diesen Punkt weiter mit Ihren Studenten zu erkunden,  benutzen Sie bitte das Zusatzmaterial über Lebensräume im Weltraum^w10.
• Entwicklung und Verwirklichung von Techniken zur Nutzung der natürlichen Materialien auf dem Mondoberfläche um den Transport von Materialien von der Erde zu verringern (bekannt auch als vor Ort Ressourcen Nutzung „in situ resource utilisation“ (ISRU)). Lokale Vorkommen können Materialien liefern welche für den Bau von Habitaten/Lebensräumen benötigt werden, Astronauten vor Strahlung schützen, und Rohmaterialien liefern, welche für Lebenserhaltungssysteme oder sogar als Treibstoff genutzt werden kann. Diese Art der Nutzung wird gegenwärtig stark von Raumfahrtagenturen getestet^w11 und wird für Missionen zum Mond und  anderen Planeten sehr von Nutzen sein.

• Umgang mit Gefahren für die Gesundheit und Ausrüstung wie Strahlung und Mondstaub. Erfahrungen durch den Betrieb von Atomkraftwerken und Mienen werden uns helfen, aber diese müssen zunächst angepasst werden, bevor sie auf der Mondoberfläche genutzt werden können. Man  glaubt, dass Wasser ein gutes Strahlenschutzmittel ist, aber wie bekommen wir Wasser auf den Mond? Es ist zu schwer um es dort in großen Maßen hin zu transportieren, daher müsste es auf dem Mond gesammelt oder gewonnen werden.

• Betreiben von Missionen mit begrenzten Nahrungs- und Wasservorräten – Missionen von U-Booten, polare und ISS Missionen helfen uns dabei Wissen zu sammeln, und es sollte versucht werden Nahrung auf dem Mond anzubauen.
• Das Ausrüsten von Habitaten/Lebenräumen mit den richtigen Geräten – Missionen von U-Booten, polare und ISS Missionen können uns dabei helfen Ausrüstungslisten zu erstellen. Eine Werkstatt auf dem Mond wäre notwendig um kleine Ausrüstungsgegenstände zu bauen und zu reparieren. Ebenso, muss ein dreifaches Sicherungssystem in den Lebenserhaltungssystemen aufrechterhalten werden, um die Sicherheit der Astronauten zu gewährleisten.
• Der Umgang mit medizinischen Notfällen ohne medizinisches Personal – Missionen von U-Booten, polare und ISS Missionen haben uns eine Menge gelehrt. Es bleibt jedoch die Frage darüber offen wie Infektionen behandelt, mit kleineren Operationen oder einfach nur mit einem schmerzenden Zahn umgegangen werden soll. Eine teilweise Lösung des Problems könnte daraus bestehen einen Arzt als Crewmitglied mitzunehmen.

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  Die Studie der Auswirkungen vom Leben in einer extremen Umwelt entfernt von Familie, Freunde und modernen Annehmlichkeiten. Vieles wurde bereits durch isolierte Missionen erforscht, aber es gibt Diskussionen darüber wie der psychologische Stress möglichst realistisch getestet werden kann. Simulationsteilnehmer wissen, dass es eine Simulation ist und dass es ein Ende gibt. Wie werden die Menschen sich fühlen, wenn sie die Erde zu einem kleinen Punkt schrumpfen sehen, während sie Monate lang in einer winzigen Kapsel in Richtung Mars reisen? Es gibt keine Möglichkeit dieses Ereignis zu simulieren.

Der Mond könnte auch ein Ausgangspunkt für Erkundungen von Planeten werden. Die Mond Materialien könnten genutzt werden um Treibstoff und Verbrauchsmaterialien wie Sauerstoff herzustellen. Eine Mond-Basis könnte ein Sammelpunkt für Materialien von der Erde und vom Mond werden, von dem aus Missionen zu anderen Planeten vorbereitet werden. Aufgrund der verringerten Schwerkraft des Mondes sind Starts von der Mondoberfläche aus, weniger Energie verbrauchend  als auf der Erde. Auf der Erde können Wüsten und die Polen als Teststandort benutzt werden, aber der beste Platz zum Testen ist auf dem Mond.

Es gibt viele wissenschaftliche Gründe um auf den Mond zurückzukehren. Im nächsten Jahrzehnt, haben viele Weltraumagenturen, Länder und private Unternehmen Roboter Missionen geplant. Die nächste Herausforderung ist nun zu ermitteln wie wir dort hinkommen und wie wir Proben und Wissen zurückbringen können. Achten Sie auf die nächste Ausgabe von Science in School mit weiteren Vorschlägen zum Thema.

Danksagung

Vielen Dank an James Carpenter von der Europäischen Weltraumagentur (ESA) für wertvolle Kommentare zum Artikel.