30 Jahre alte Daten eines Apollo-Experiments haben erstmals die genauere innere Struktur des Mondes enthüllt. Der jetzt in „Science“ veröffentlichten Neuanalyse zufolge besitzt der Erdtrabant einen rund 480 Kilometer großen, festen Eisenkern, der von einem knapp 90 Kilometer dicken flüssigen äußeren Kern umgeben ist. Insgesamt ist das Innere des Mondes damit sehr erdähnlich, auch die chemische Zusammensetzung der Kernregion gleicht ihrem irdischen Gegenpart.
Als die Astronauten der Apollo-Missionen zwischen 1969 und 1972 den Erdtrabanten besuchten, setzten sie unter anderem das „Passive Seismic Experiment“ (PSE) auf der Mondoberfläche aus. Die vier Seismometer des Experiments registrierten kontinuierlich alle seismischen Erschütterungen des Untergrunds und übermittelten ihre Daten noch bis 1977. Ziel war es unter anderem, aus diesen Daten auf die innere Struktur des Mondes zu schließen – doch das gelang nur zum Teil.
Genaue Struktur des Mondinneren unbekannt
„Das tiefste Innere des Mondes, vor allem die Frage ob er einen Kern hat oder nicht, war lange Zeit ein blinder Fleck für Seismologen“, erklärt Ed Garnero, Planetenforscher der Arizona State Universität. „Die seismischen Daten der Apollo-Missionen waren zu verrauscht um das Innere mit großer Zuverlässigkeit abzubilden. Zwar haben andere indirekte Messverfahren inzwischen auf die Existenz eines lunaren Kerns hingedeutet, aber die Details zu seiner Größe und Zusammensetzung waren unklar.“ Ergebnisse und Interpretationen wichen zudem häufig stark voneinander ab.
Signale im Störrauschen verstärkt
Das störende Rauschen der Apollo-Messungen entstand durch die vielfachen Sprünge und Verwerfungen in der lunaren Kruste, die die seismischen Wellen beeinflussten. Informationen zu tieferen Schichten gingen daher in diesem Rauschen unter. Doch jetzt hat ein Forscherteam unter Leitung von Renee Weber vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville die alten Apollo-Daten mit Hilfe modernster Technologien erneut analysiert.
„Methoden der Array-Prozessierung können schwache, schwer zu detektierende Signale verstärken, indem sie Seismogramme zusammenfassen“, erklärt Peiying Lin von der Arizona State Universität, ebenfalls Mitautor der Studie. Die Seismogramme werden dabei digital zu einer Art übereinanderliegenden „Stapeln“ zusammengefasst. Gleiche Signale addieren sich dabei und werden verstärkt, die jeweils verschiedenen Signale des Störrauschens jedoch nicht.
„Wenn eine seismische Welle von einer Struktur in einer bestimmten Tiefe reflektiert wird, wie beispielsweise der Mantel-Kern-Grenze, dann muss dieses Signal in allen Aufnahmen vorhanden sein, wenn auch im Grundrauschen verborgen“, so Lin weiter. „Wenn man nun alle diese Signale zusammenfasst, dann wird die Amplitude der Kernreflektion sichtbar. Das erlaubt es uns, auch die Tiefen des Mondes zu kartieren.“
Fester und flüssiger Kern mit umgebender Übergangszone
Die Ergebnisse zeigen, dass der Mond in seiner inneren Struktur sehr erdähnlich ist: Er besitzt einen inneren festen Eisenkern mit einem Durchmesser von gut 480 Kilometer. Dieser ist von einem äußeren Kern aus flüssigem Eisen umgeben, der eine Dicke von rund 90 Kilometern hat. Im Unterschied zur Erde schließt sich an den äußeren Kern des Mondes jedoch eine partiell geschmolzene Grenzschicht an, die noch einmal rund 160 Kilometer dick ist. Ähnlich wie auch die Erde enthält das Metall des Mondkerns geringe Mengen an leichteren Elementen wie Schwefel und Sauerstoff.
Neue Mondmission soll weitere Daten liefern
Informationen wie diese sind essenziell, um die existierenden Theorien und Modelle der Entstehung des Mondes zu verbessern und gegebenenfalls zu korrigieren. „Aber wie bei der Erde gibt es immer noch vieles, das wir nicht wissen über das lunare Innere”, erklärt Garnero. „Diese Informationen sind der Schlüssel dafür, die Entstehung und die Entwicklung des Mondes zu verstehen, aber auch die der frühen Erde.“ Das Forscherteam setzt daher ihre Auswertungen des Apollo-Materials weiter fort, um noch mehr Informationen aus den Signalen herauszuholen.
Hoffnungen setzen die Mondforscher auch auf weitere NASA-Missionen wie das in diesem Jahr startende „Gravity Recovery and Interior Laboratory” (GRAIL). Die beiden Zwillingssonden der Mission sollen im Mondorbit kreisen und dort für mehrere Monate das Schwerkraftfeld des Erdtrabanten ausmessen.
(NASA/ Science, 10.01.2011 – NPO)
