Wird das Rätsel der Mondwirbel bald gelöst?

Das durch Meteoriteneinschläge verursachte pockennarbige Mondgesicht kennt jeder. Wer mit dem Teleskop näher heranzoomt, kann zusätzlich die etwas helleren Mondwirbel erkennen. Bereits seit dem 16. Jahrhundert rätseln Astronomen und Wissenschaftler auf der ganzen Welt, wie diese entstehen und haben zahlreiche Theorien entwickelt. Eine neue Studie von Forschenden der Stanford University und der Washington University in St. Louis (WUSL) liefert Hinweise auf eine neue Erklärung für die Entstehung von Mondwirbeln. Diese könnte bereits im Jahr 2025 verifiziert werden, wenn die NASA im Rahmen ihrer Lunar-Vertex-Mission einen Rover zum Reiner-Gamma-Wirbel schickt.

Mondwirbel – ein 400 Jahre altes Rätsel

Bereits im 16. Jahrhundert entdeckten Astronomen Wirbelstrukturen auf der Oberfläche des Mondes. Eine der bekanntesten dieser Strukturen ist der Reiner-Gamma-Wirbel. Wissenschaftler weltweit haben zahlreiche Theorien über die Entstehung der Mondwirbel entwickelt, doch eine endgültige Erklärung steht noch aus. Eine neue Studie von Forschern der Stanford University und der Washington University in St. Louis (WUSL) bietet nun neue Hinweise.

Im Gegensatz zur Erde erzeugt der Mond kein globales Magnetfeld mehr, das ihn vor den geladenen Teilchen der Sonne schützt. Daher führen Sonnenwinde, die auf die Mondoberfläche treffen, durch chemische Reaktionen zur Verdunkelung des Gesteins im Laufe der Zeit.

Jedoch scheinen einige Bereiche des Mondes durch kleine Magnetfelder geschützt zu sein. Bisher wurde festgestellt, dass jeder helle Mondwirbel mit einem dieser lokalen Magnetfelder verbunden ist. Dennoch sind nicht alle Felsen in diesen Bereichen reflektierend, und nicht alle Magnetfelder auf dem Mond enthalten Wirbel. Was passiert also auf dem Mond?

Blick auf die Mondwirbel

Wie weiße Schlieren in einer dunklen Flüssigkeit ziehen sich diffuse helle Bänder in der Nähe des Reiner-Kraters über dem Boden des Oceanus Procellarum, auf der Vorderseite des Mondes. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlter nennen diese eigenartige Struktur „Swirl“ (Wirbel). Besonders auffällig ist das nebulöse Gebilde Reiner Gamma. An verschiedenen Stellen auf dem Mond wurden ähnliche Muster gefunden: verwaschene Flecken, milchige Girlanden und sanft geschwungene Bögen. An einigen Stellen bilden helle und dunkle Streifen verschlungene Ornamente.

Auf den dunklen Basaltflächen der riesigen Krater (Maria) sind die Wirbel besonders deutlich sichtbar, aber auch in den helleren Hochländern sind sie zu finden. Die genaue Entstehung dieser Strukturen ist noch unklar. Vor einigen Jahren wurde jedoch herausgefunden, dass die Mondwirbel aus normalem, relativ frischem Mondgestein bestehen und nicht aus exotischem Material wie Kometenstaub oder Vulkangestein. Radarmessungen zeigen, dass die hellen Wirbel nur einen dünnen Schleier bilden und Radiowellen nicht anders zurückwerfen als die Umgebung. Dies bedeutet, dass die Swirl-Schicht höchstens zehn Zentimeter dick sein kann.

Hat die Topografie einen Einfluss auf die Mondwirbel?

Eine Studie aus dem Jahr 2023 bringt die Topografie des Mondes bei der Entstehung von Mondwirbeln mit ins Spiel. Die Autoren schauten sich Mondkarten einmal etwas genauer an und stellten fest, dass detailgenaue Höhendaten einen Zusammenhang zwischen Mondwirbel und Topografie offenbarten. Demnach liegen die hellen Strukturen der Wirbel im Durchschnitt offenbar auf einem anderen Niveau als ihre dunklere Umgebung.

Das Forschungsteam hat sich für seine Studie insbesondere den bereits genannten Reiner-Gamma-Wirbel angeschaut und herausgefunden, dass die hellen Zonen rund vier Meter tiefer als die dunkleren Bereiche liegen. Da sie ähnliche Phänomene nicht nur bei einem, sondern mehreren Wirbeln beobachten konnten, wollten die Autoren dies nicht mehr als Zufall abtun. Die eigentliche Ursache für die Mondwirbel haben sie jedoch auch nicht herausgefunden.

Welche Kraft „magnetisiert“ die Mondwirbel?

Zurück zu den magnetisierten Mondwirbeln: Einige neuere Studien erklären die verwirrenden Ergebnisse damit, dass Mikrometeoriteneinschläge auf dem Mond geladene Staubteilchen aufwirbeln können. Diese Teilchen bilden dort, wo sie landen, eine lokale Magnetfeldbarriere, die die Sonnenwinde reflektiert.

Forschende der Stanford University und der Washington University in St. Louis (WUSL) widersprechen dieser Hypothese jedoch. Sie argumentieren, dass eine andere Kraft die Mondwirbel „magnetisiert“ und die Sonnenwindteilchen ablenkt.

„Einschläge könnten solche magnetischen Anomalien verursachen“, räumt der Planetenforscher Michael Krawczynski vom WUSL ein. „Aber es gibt einige Wirbel, bei denen wir uns nicht sicher sind, wie ein Einschlag diese Form und Größe erzeugen konnte.“

Krawczynski vermutet, dass auch Kräfte unterhalb der Kruste eine Rolle spielen könnten. Eine andere Theorie besagt, dass unterirdische Laven langsam in einem Magnetfeld abkühlen und dadurch die magnetische Anomalie erzeugen.

Magnetisierende Wirkung von Imenit untersucht

Direkt unter der Mondoberfläche haben Wissenschaftler Radarspuren von einst fließendem geschmolzenem Gestein entdeckt. Diese unterirdischen Ströme aus erkaltetem Magma deuten auf eine Phase vulkanischer Aktivität vor Milliarden von Jahren hin.

Krawczynski und seine Kollegen nutzten ein Modell der Abkühlungsraten dieses Magmas, um zu untersuchen, wie ein Titan-Eisenoxid-Mineral namens Ilmenit – das auf dem Mond reichlich vorkommt und häufig in vulkanischem Gestein zu finden ist – eine magnetisierende Wirkung haben könnte. Ihre Experimente zeigen, dass die langsame Abkühlung von Ilmenit unter geeigneten Bedingungen in der Mondkruste und im oberen Mondmantel Körner aus metallischem Eisen und Eisen-Nickel-Legierungen bilden kann, die ein starkes Magnetfeld erzeugen.

Blick unter die Oberfläche des Mondes

Die Forscher schlussfolgern, dass dieser Effekt die starken magnetischen Regionen erklären könnte, die mit Mondwirbeln in Verbindung gebracht werden. „Wenn man mit den von uns beschriebenen Methoden magnetische Anomalien erzeugen will, muss das unterirdische Magma einen hohen Titananteil haben“, erklärt Krawczynski. „Wir haben Hinweise auf diese Reaktion, die Eisenmetall erzeugt, in Mondmeteoriten und in Apollo-Mondproben gesehen. Aber diese Proben stammen aus Lavaströmen von der Oberfläche, und unsere Studie zeigt, dass die Abkühlung unter der Erde diese metallbildenden Reaktionen deutlich verstärken sollte.“

Vieles von dem, was wir bisher über die lokalen Magnetfelder des Mondes wissen, stammt von Raumsonden in der Umlaufbahn, die diesen Effekt mit Radar messen können. Um jedoch wirklich zu verstehen, was vor sich geht, ist ein direkter Blick unter die Mondoberfläche notwendig. Deshalb schickt die NASA im Rahmen ihrer Lunar Vertex-Mission im Jahr 2025 einen Rover zum Reiner-Gamma-Wirbel. In nur wenigen Jahren könnten die Wissenschaftler den Beweis haben, den sie brauchen, um das Rätsel der Mondwirbel zu lösen.