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 Wasser auf der gesamten Mondoberfläche
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Caro
Astrophysikerin

Deutschland
5679 Beiträge

Erstellt am: 12.09.2017 :  07:22:41 Uhr  Profil anzeigen  Besuche Caro's Homepage  Antwort mit Zitat
Bis vor wenigen Jahren ging die wissenschaftliche Community davon aus, dass die Mondoberfläche trocken ist. 2009 gelang der Durchbruch: Die Analyse von Infrarotmessungen belegte erstmals das Vorkommen von Wasser auf der Oberfläche des Erdtrabanten. Jetzt konnten Prof. Christian Wöhler und Dr. Arne Grumpe von der TU Dortmund gemeinsam mit Forschern aus Russland zeigen, dass auf der Mondoberfläche sogar deutlich mehr Wasser vorhanden ist, als man bislang nachweisen konnte.

Christian Wöhler ist Physiker und seit 2010 Professor für Bildsignalverarbeitung an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik. Gemeinsam mit Dr. Arne Grumpe und zwei russischen Kollegen hat er Infrarotmessungen analysiert, die ein Spektrometer an Bord der indischen Raumsonde Chandrayaan-1 im Jahr 2009 aufgenommen hatte. Dazu haben die Forscher eine neue Methode entwickelt, die eine genauere Analyse ermöglicht und daher zu neuen Erkenntnissen führt. „Die Analyse von Infrarot-Spektraldaten ist äußerst komplex“, sagt Wöhler. „So müssen zum Beispiel verschiedene Einflüsse wie die Wärmestrahlung korrigiert werden. Darauf haben wir in diesem Fall besonders genau geachtet.“ So konnte das Team zeigen, dass Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen in der obersten Schicht der gesamten Mondoberfläche eingelagert sind und nicht – wie bisher angenommen – ausschließlich in der Nähe der Pole des Mondes. Darüber hinaus zeigt ihre Analyse, dass sich die Verteilung des Wassers im Verlauf des „Mondtages“ verändert.

Um zu verstehen, wie den Forschern dieser Nachweis gelingen konnte, stellt sich zunächst die Frage, woher das Wasser auf dem Mond kommt: Hierfür soll der Sonnenwind verantwortlich sein. Er enthält Protonen, also Wasserstoffkerne, die mit dem Sauerstoff im Gestein der Mondoberfläche reagieren. Wie genau diese Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen aussehen, können die Forscher noch gar nicht sagen. Sie vermuten daher, dass es sich um Wasser (H2O) oder Hydroxyl (OH) handelt. Da die chemische Bindung mit dem Oberflächenmaterial nicht stark ist, löst sie sich im Laufe des Mondtages durch Prozesse wie Verdampfung schnell wieder.


Die Verteilung von Wasser bzw. Hydroxyl auf der westlichen Hälfte des Mondes am Morgen, Mittag und Nachmittag: Blaue Farbtöne bedeuten hohe und gelb-rötliche Farbtöne geringe Konzentrationen. Grafik: TU Dortmund.

Für die Analyse der Infrarotmessungen nutzte das Team das Wissen, dass Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen wie Wasser und Hydroxyl Licht bei einer Wellenlänge von drei Mikrometern absorbieren. Dieses Phänomen zeigte ihnen, dass das Wasser beinahe überall in der Oberfläche gebunden ist. Ihre Ergebnisse machen außerdem deutlich, dass sich die Verteilung des Wassers im Laufe des Mondtages ändert: So zeigen die Hochland-Regionen in den nördlichen und südlichen Breiten am Morgen und Abend eine stärkere Absorption – und damit ein höheres Wasservorkommen – als am Mittag. Die Mare-Regionen des Mondes, also die mit bloßem Auge sichtbaren dunklen Flecken, zeigen zu allen Tageszeiten eine schwächere Absorption.

Die Forschungsergebnisse von Prof. Wöhler und seinem Team machen außerdem deutlich, dass die Entstehung von Wasser oder Hydroxyl auf der Mondoberfläche noch genauer untersucht werden muss. Die Forscher gehen davon aus, dass in den Hochland-Regionen chemisch stärker gebundene Wasser- bzw. Hydroxyl-Komponenten vorhanden sein müssen, die sich nicht auflösen, sondern den ganzen Tag lang bestehen bleiben. Diese können nicht durch die Absorption von Protonen des Sonnenwinds erklärt werden.

Weitere Infos auf den Seiten der TU Dortmund unter http://www.tu-dortmund.de/uni/de/Uni/aktuelles/meldungen/2017-09/17-09-11_wasser-mondoberflaeche/index.html

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Stathis
Forenautor im Astrotreff

Greece
4516 Beiträge

Erstellt  am: 12.09.2017 :  08:10:28 Uhr  Profil anzeigen  Besuche Stathis's Homepage  Antwort mit Zitat
Danke Caro für den Artikel.

Der interessierte Leihe hätte jetzt gerne gewusst, wie "viel mehr Wasser" letztendlich gefunden wurde. Selbst in der Originalarbeit lese ich nur über Absorptionen und relativen Verteilungen (sog. OHIBD):
http://advances.sciencemag.org/content/3/9/e1701286.full

Stathis
http://www.stathis-firstlight.de

Bearbeitet von: am:
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Caro
Astrophysikerin

Deutschland
5679 Beiträge

Erstellt  am: 14.09.2017 :  07:08:05 Uhr  Profil anzeigen  Besuche Caro's Homepage  Antwort mit Zitat
Hallo Stathis,

ohne das in diesem konkreten Fall im Detail zu kennen: Absolute Zahlenwerte für Elementhäufigkeiten auf der Basis spektroskopischer Daten anzugeben, ist gar nicht so einfach. Man könnte dies theoretisch aus der Stärke von Spektrallinien (oder insbesondere bei Molekülen Absorptionsbanden) ableiten, aber zur "Kalibration" muß man erstmal wissen welche Linienstärke denn welchem Zahlenwert entspricht. Das wiederum ist abhängig von Parametern wie Dichte und Temperatur und basiert auf komplexer Atom- und Molekülphysik, letztlich sind da also jede Menge Unbekannte im Spiel. Hier ist das Ganze offenbar noch schlimmer, da es ja um im Gestein gebundene Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen geht, bei denen man nichtmal zwischen Hydroxl und Wasser unterscheiden kann. Bei absoluten Angaben über Konzentrationen dürfte hier daher gut und gerne eine Meßungenauigkeit von mehreren Größenordnungen drin sein. Viel einfacher ist es dagegen, relative Messungen zu machen, denn die rechnen sich ganz simpel um. Ist eine Spektrallinie um einen Faktor x stärker geworden, ergibt sich daraus eine entsprechende Änderung in der Häufigkeit, vollkommen unabhängig davon, was der eigentliche Ausgangswert ist.

Viele Grüße
Caro

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