Der Mond ist enger mit der Erde verbunden als bislang angenommen. Das geht aus einer aktuellen Studie der University of Rochester hervor, die im Fachjournal „Nature Communications Earth & Environment“ veröffentlicht wurde. Demnach werden Gase wie Sauerstoff, Stickstoff oder Wasserstoff aus der oberen Erdatmosphäre ins All transportiert und lagern sich im Laufe der Zeit auf der Oberfläche des Mondes ab.

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Mit der Untersuchung liefern die Wissenschaftler eine neue Erklärung für ein Rätsel, das die Wissenschaft seit den Apollo-Missionen der 1960er- und 1970er-Jahre beschäftigt. In den damals zur Erde gebrachten Mondproben fanden sich überraschend viele flüchtige Stoffe wie Wasser, Kohlendioxid und Edelgase. Lange galt der Sonnenwind als ihre Hauptquelle. Erst 2005 brachten Wissenschaftler der Universität Tokio die Idee ins Spiel, dass ein Teil dieser Substanzen aus der Atmosphäre der jungen Erde stammen könnte, aus einer Zeit, bevor sich vor rund 3,7 Milliarden Jahren ein schützendes Magnetfeld ausbildete.

Die neuen Ergebnisse zeichnen nun ein anderes Bild: Demnach könnte das Erdmagnetfeld nicht nur als Schutzschild gegen den Sonnenwind dienen, sondern unter bestimmten Bedingungen sogar den Verlust von Atmosphärenpartikeln begünstigen. Dafür nutzten die Forscher Computersimulationen. Diese zeigen: Wenn Sonnenwind und Magnetfeld interagieren, entstehen Strömungen, die Teilchen aus der aufgeblähten oberen Atmosphäre abtragen können.

Mehr als ein Schutzschild: Erdmagnetfeld begünstigt Verlust von Atmosphärenpartikeln

Das Magnetfeld der Erde entsteht tief im Inneren des Planeten: Durch die Bewegung von flüssigem Eisen und Nickel im äußeren Erdkern werden elektrische Ströme erzeugt, die ein starkes Magnetfeld aufbauen. Dieses reicht weit über die Atmosphäre hinaus ins All und schützt die Erde vor dem Großteil des Sonnenwinds. Dieser würde andernfalls die Atmosphäre nach und nach abtragen.

Im Zusammenspiel mit dem Sonnenwind bildet sich eine sogenannte Magnetosphäre, deren Form an einen Kometen erinnert, vorne abgeflacht, nach hinten in einen langen Schweif ausgezogen. Entlang dieser Magnetfeldlinien entstehen nahe der Pole auch die bekannten Polarlichter, wenn energiereiche Teilchen mit Gasen in der Atmosphäre kollidieren.

Besonders effektiv wird dieser Prozess, wenn der Mond den sogenannten Magnetoschweif, eine langgezogene Struktur auf der Nachtseite des Planeten, der Erde durchquert. Das geschieht einige Tage im Monat, vor allem um den Vollmond herum. In dieser Phase können die Teilchen vergleichsweise ungehindert bis zur Mondoberfläche gelangen, wo sie sich im staubigen Regolith festsetzen. Da der Mond keine Atmosphäre besitzt, bleiben sie dort erhalten.

Austausch zwischen Mond und Erde hält bis heute an

Um ihre Modelle zu überprüfen, verglichen die Forschenden ihre Ergebnisse mit Analysen realer Mondproben der Apollo-14- und Apollo-17-Missionen. „Wir haben also versucht, das Mischungsverhältnis dieser Mischung zu bestimmen oder zu unterscheiden, welche Partikel solaren und welche irdischen Ursprungs sind“, sagt Shubhonkar Paramanick, Hauptautor der Studie.

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Die Resultate deuten darauf hin, dass der Austausch zwischen Erde und Mond bis heute anhält. Für die Wissenschaft ist das von großer Bedeutung: Der Mond könnte ein chemisches Archiv der frühen Erdatmosphäre darstellen und Hinweise auf die Entwicklung des Lebens liefern.

Auch für die Raumfahrt hat die Entdeckung praktische Folgen. Die im Mondboden gebundenen Gase könnten künftig als Ressource dienen. „Langfristige Mondmissionen oder sogar Mondbasenmüssten über autarke Ressourcen verfügen, die nicht von der Erde herbeigeschafft werden müssen“, sagt Eric Blackman, Mitautor der Studie. Denkbar sei etwa die Gewinnung von Sauerstoff oder Wasserstoff aus dem Regolith – auch zur Treibstoffherstellung.