Chang'e-6: Regolith der Mondrückseite speichert schnelleren Sonnenwind als die erdabgewandte Vorderseite

Bis Chang'e-6 stammte jede zurückgebrachte Mondprobe von der Vorderseite. Eine Frage blieb damit im Labor ungeprüft: Ob die Erde eine Hemisphäre stärker vor dem Sonnenwind abschirmt als die andere. Der Boden der Rückseite trägt ein tiefer eingelagertes Zeugnis der Teilchenexposition als der Boden, den die Apollo-Besatzungen mitbrachten, so das Ergebnis der Studie in Nature Geoscience.

Was der Boden der Rückseite aufzeichnet

Chang'e-6 brachte 1.935 Gramm Regolith aus dem Südpol-Aitken-Becken zurück, die ersten überhaupt von der Mondrückseite geborgenen Proben. Das Team untersuchte sieben kleine Teilmengen durch stufenweises Erhitzen und Laser-Extraktion mit vollständigem Aufschmelzen und maß Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon.

Das Material stammt aus dem Apollo-Krater, einer kleineren Struktur innerhalb des Südpol-Aitken-Beckens, des größten und ältesten bekannten Einschlagbeckens auf dem Mond.

Die deutlichste Anomalie zeigte sich beim Neon. Das mittlere Verhältnis von Neon-20 zu Neon-22 lag bei 11,34, mit einer Unsicherheit von 0,22.

Das kommt dem theoretischen Wert von 11,2 nahe, den man für stark fraktionierten Sonnenwind erwartet, so die Chinesische Akademie der Wissenschaften. Es liegt zugleich unter den Verhältnissen, die für alle bisher untersuchten Böden der Vorderseite gemeldet wurden. Einfach gesagt: Das Material der Rückseite enthält einen größeren Anteil des schwereren Isotops Neon-22.

Krypton und Xenon erzählten eine zweite Geschichte. Das Sonnenwind-Xenon im Chang'e-6-Boden trat vor allem bei hohen Temperaturen auf, als einzelner Peak, während die Proben von Chang'e-5 auf der Vorderseite ein doppeltes Freisetzungsmuster ergaben. Gas, das bei stärkerem Erhitzen frei wird, sitzt in der Regel tiefer in den Mineralkörnern. Der Befund der Rückseite deutet damit auf eine tiefere Einlagerung hin.

Die Erde als Temporegler

Als Erklärung nennt das Team die Magnetosphäre der Erde. Bei ihrem Umlauf zieht die Mondbahn regelmäßig durch die Magnetoschicht, in der der umgebende Sonnenwind von typischen 400 km/s auf etwa 200 km/s abgebremst wird.

Der Mond ist gebunden rotierend, deshalb zeigt dieselbe Hemisphäre immer zur Erde und die andere nie. Die Forscher führen den Kontrast auf diese Geometrie zurück: Die Vorderseite blickt zur Erde und zur Magnetoschicht, die Rückseite nicht.

Der langsamere Wind erreicht vor allem die Vorderseite. Die Rückseite, die der Erde dauerhaft abgewandt ist, trifft auf ungestörten Sonnenwind.

Die Arbeit beziffert den Effekt auf der Vorderseite. Die Forscher schätzen, dass rund 25% der gesamten Sonnenwind-Exposition am Landeplatz von Chang'e-5 von der Magnetoschicht beeinflusst waren, während der Standort von Chang'e-6 keine solche Abschirmung erlebte. Chang'e-5 brachte Boden der Vorderseite zurück, und er zeigt die flachere Einlagerung, die der langsamere Wind erzeugen würde.

Andere Erklärungen ausgeschlossen

Die Forscher prüften Alternativen, bevor sie sich auf diese Deutung festlegten. Die mittleren Verhältnisse von Krypton zu Xenon waren in den Böden von Chang'e-5 und Chang'e-6 nahezu identisch, was gegen zusätzliches Material von Meteoriten oder Kometen als Ursache des Kontrasts spricht. Die Böden von Chang'e-6 zeichneten zudem eine relativ junge Sonnenwind-Exposition auf, was langfristige Verschiebungen der Sonnenaktivität als Ursache unwahrscheinlich macht. Keine Verarmung an Edelgasen war groß genug, um die Neon-Verhältnisse allein durch Diffusion, Erosion oder bevorzugtes Sputtern zu erklären.

Ein fossiles Archiv der alten Magnetosphäre

Edelgase sind chemisch inert. Ihre Konzentrationen, Isotopenverhältnisse und Freisetzungstemperaturen bewahren deshalb physikalische Details der Ankunft der Teilchen und werden nicht durch Chemie überschrieben.

Die Forscher schreiben den schweren Gasen eine mögliche Rolle als fossile Aufzeichnung früherer Wechselwirkungen zwischen der Erdmagnetosphäre und dem Sonnenwind zu. Zusammen mit paläomagnetischen Daten ergibt sich daraus ein Weg, die alte Magnetosphäre zu rekonstruieren. Die Arbeit kommt außerdem zu dem Schluss, dass mehr als ein Fraktionierungsprozess beteiligt sein könnte.

Zhang Xuhang, Postdoktorand am Institut für Geologie und Geophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, führte die Analyse unter He Huaiyu durch. Beteiligt waren außerdem Forscher der Universität für Wissenschaft und Technik Chinas und des Teams für die flüchtigen Messgeräte von Chang'e-7.