Für große Städte gibt es auf dem Mond zu wenig Wasser

Von Markus Brauer

20. Juli 1969, 17.58 Uhr: Der erste Mensch betritt den Mond. „Houston, Tranquility Base here. The Eagle has landed!“ – „Houston, hier ist der Stützpunkt Tranquility Base. Der Adler ist gelandet!“, sagt Neil Armstrong, einer von drei Astronauten der Apollo-11-Mission.

Eugene Cernan und Harrison Schmitt von Apollo 17 sind die bisher letzten Menschen, die am 11. Dezember 1972 auf dem Erdtrabanten Station machten. Bisher haben nur amerikanische Raumfahrer den Mond betreten. Insgesamt zwölf US-Astronauten flogen bei den „Apollo“-Missionen zwischen 1969 und 1972 dorthin.

Südpolregion des Erdtrabanten gilt als perfekte Landestation

Seit einiger Zeit hat die US-Weltraumbehörde Nasa den Mond wieder fest im Blick. Die „ Lunar-Orbital-Platform Gateway“ (LOP-G) ist eine geplante internationale Raumstation unter Führung der Nasa und Esa. Die „Gateway“ (Tor)-Station soll den Erdtrabanten umkreisen und Unterstützung für eine „langfristige Rückkehr von Menschen auf die Oberfläche des Mondes“ sowie eine Basis für die Erkundung des tieferen Weltraums bieten.

Ob die USA, Europa, China oder Indien: Viele Raumfahrtnationen wollen in naher Zukunft wieder Astronauten zum Mond schicken. Geplant sind Mondlandungen, aber auch Mondbasen und lunare Orbitalstationen. Als günstiger Standort gilt vor allem die Südpolregion des Erdtrabanten. Dort könnte es begehrte Metall-Ressourcen, Rohstoffe für Lebenserhaltung und Raketenantriebe sowie ausreichend Wassereis geben. Dieses findet sich vor allem in den dauerdunklen Schattenzonen der polaren Krater.

Wasser wird zum Engpass

In den Polarregionen kommen zwei entscheidende Ressourcen räumlich zusammenkommen: In dauerhaft verschatteten Kratern kann sich Wassereis über sehr lange Zeit halten, während nahe gelegene Höhenzüge über lange Zeiträume Sonnenlicht erhalten und damit Energie liefern könnten.

Entscheidend ist jedoch nicht nur, ob Wasser vorhanden ist, sondern wie viel davon eine große Bevölkerung über Jahrhunderte verbrauchen würde. Gerade bei einer dauerhaft bewohnten Stadt müssten neben Trinken und Hygiene auch die Lebensmittelproduktion und die Sauerstoffversorgung berücksichtigt werden.

Forscher des Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) in Cambridge (USA) um Martin Elvis haben deshalb abgeschätzt, wie lange die bekannten beziehungsweise plausibel angenommenen Mondressourcen für 100.000 oder eine Million Menschen reichen könnten. Die Studie ist im Fachjournal „Frontiers in Space Technologie“ erschienen.

500 Tonnen Wasser pro Person und Jahr

Die Analyse verwendet keine neu gemessenen Eisvorräte, sondern kombiniert veröffentlichte Schätzungen mit Annahmen zum Verbrauch und einer einfachen linearen Bilanz für Verluste beim Recycling. Die Unsicherheit bei der verfügbaren Wassermenge ist enorm. Eine frühere Analyse ergab für acht besonders wasserreiche Krater insgesamt nur rund 34 Millionen Tonnen.

Elvis und sein Koautor Jonathan C. McDowell setzen für ihre Rechnung dennoch eine Milliarde Tonnen als bewusst großzügige Ausgangsgröße an. Für den Gesamtverbrauch nehmen sie beispielhaft 500 Tonnen Wasser pro Person und Jahr an, wobei der größte Anteil auf den Anbau von Lebensmitteln entfällt.

98 Prozent Recycling reichen rund 100 Jahre

Den Berechnungen zufolge wäre eine Milliarde Tonnen bei einer Million Bewohnern ohne Recycling schon nach circa zwei Jahren aufgebraucht. Selbst bei einer Recyclingquote von 98 Prozent, wie sie auf der Internationalen Raumstation ISS erreicht wird, verlängert sich diese Zeit theoretisch nur auf etwa 100 Jahre. Bei 99 Prozent wären es rund 200 Jahre und bei 99,9 Prozent ungefähr 2000 Jahre.

Für 100.000 Menschen würde derselbe Vorrat bei 98 Prozent Recycling dagegen etwa 1000 Jahre reichen. Die Größe der Besiedlung ist für die H2O-Bilant demnach von zentraler Relevanz. Für eine Millionenstadt mit derselben angestrebten Lebensdauer müsste die Rückgewinnung laut Studie auf mehr als 99,75 Prozent steigen. Eine solche Quote läge deutlich über dem heutigen Niveau auf der Raumstation.

Energie wäre ein weniger knappes Gut

Beim Energiebedarf fällt die Bilanz hingegen deutlich günstiger aus, obwohl eine große Mondstadt auch für Industrie erhebliche Leistung benötigen würde. Für eine Million Menschen veranschlagt die Studie rund 800 Megawatt für den privaten Verbrauch und etwa 2,1 Gigawatt einschließlich industrieller Nutzung.

Die Wasserrechnung hängt dagegen stark von den gewählten Annahmen ab. Weniger wasserintensive Landwirtschaft und Ernährung könnten den Bedarf senken, während zusätzliche Vorräte in größeren Tiefen die verfügbare Menge erhöhen könnten. Auch Wasserimporte wären denkbar, würden bei einer Millionenstadt und 98 Prozent Recycling nach der Abschätzung aber rund zehn Millionen Tonnen pro Jahr erfordern.

Große Unsicherheit über den tatsächlichen Vorrat

Die Analyse ist kein Bauplan für eine Moon-City, sondern eine Ressourcen-Rechnung. Vor allem die Menge des gewinnbaren Wassereises ist noch relativ unbekannt. Selbst unter der großzügigen Ausgangsannahme deutet die Rechnung dennoch darauf hin, dass Wasser für langfristige Siedlungen ab einigen hunderttausend Menschen zum entscheidenden Engpass werden könnte.

Für deutlich kleinere Außenposten ist die Lage sehr viel positiver, weil eine Siedlung mit etwa 1000 Menschen den modellierten Vorrat nur langsam beanspruchen würde. Mit wachsender Bevölkerung würde dagegen nicht nur effizienteres Recycling wichtiger, sondern auch eine frühzeitige Planung, wie die begrenzten Wasservorräte des Mondes genutzt und verteilt werden.

Lunare Kavernen als Siedlungsgebiete

Hinzu kommt die Lage von lunaren Städten, die neben der Ressourcen-Berechnung von enormer Bedeutung ist. Lavahöhlen auf dem Erdmond könnten Astronauten und künftigen Kolonisten perfekt klimatisierte Refugien bieten.

In diesen Kavernen bleiben die Temperaturen wahrscheinlich konstant bei rund 17 Grad, wie Messdaten der Nasa-Mondsonde „Lunar Reconnaissance Orbiter“ (LRO) nahelegen.

Schutz vor Strahlung, Meteoriten und Extremtemperaturen

Solche Höhlen könnten nicht nur Schutz vor kosmischer Strahlung und Meteoriten bieten, sondern auch vor den extremen Tag-Nacht-Schwankungen der lunaren Oberflächentemperaturen schützen. Tagsüber kann es auf der Mondoberfläche 120 Grad heiß werden, nachts kühlt es bis auf minus 170 Grad ab. Höhlen und Gänge im lunaren Untergrund wären daher geeignete Standorte für eine Mondstation.

Aufnahmen der LRO-Sonde legen nahe, dass es solche Lavahöhlen in mehreren lunaren Maren geben könnte, unter anderem im Oceanus Procellarum und im Mare Tranquilitatis. Auch in einigen Kratern im Polargebiet des Erdtrabanten haben Wissenschaftler Indizien für zugängliche Höhlen entdeckt.

Mare auf dem Mond

Die dunklen Tiefebenen auf dem Mond werden Mare genannt. Der Oceanus Procellarum (lateinisch für: Ozean der Stürme) ist eine große Marefläche im westlichen Teil der erdzugewandten Mondseite. Mit rund 2500 Kilometer Ausdehnung in Nord-Süd-Richtung und einer Fläche von mehr als vier Millionen Quadratkilometern ist der Ozean der Stürme das größte Mondmeer.

Das Mare Tranquillitatis (lateinisch für Meer der Ruhe) ist ein weiteres Mondmeer. Es hat einen mittleren Durchmesser von 875 Kilometern.

Wurmartige Senken und kreisrunde Löcher auf Mondoberfläche

Indizien für lunare Lavahöhlen sind wurmartig gewundene Senken von teils hunderten Kilometer Länge und einige „Skylights“ – kreisrunde Löcher, wie sie typischerweise durch den Deckeneinsturz solcher Lavahöhlen entstehen. „Es gibt mindestens 16 bestätigte Einsturzlöcher auf dem Mond, die wahrscheinlich in den Decken von Lavagängen sitzen“, erklärt der Astronom Tyler Horvath von der University of California in Los Angeles.

„Für die künftige Kolonisierung und Erkundung des Modes wären diese Höhlen demnach ein geeignetes Habitat“, wie Horvarth in einer Studie schreibt. „Solche Löcher und Höhlen könnte eine größere Sicherheit bieten als andere potenzielle Standorte für Mondstationen.“

Riesige Höhle auf dem Mond entdeckt

Dass es solche Tunnel auf dem Mond gibt, ist Astronomen schon seit längerer Zeit bekannt. Allerdings konnte ihre Existenz erst in den letzten Jahren bestätigt werden. Im Oktober 2017 hatten Wissenschaftler der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) bei der der genaueren Untersuchung von Daten der „Selene“-Mission eine bis zu 50 Kilometer lange und ein Kilometer breite und hohe Höhle auf dem Mond entdeckt.

Die Lavahöhle liegt im Gebiet der Marius-Hügel (Marius Hills) und wurde in Daten der japanischen Selene-Mission vom Bodenradar an Bord der Sonde Kaguya gefunden.

3,5 Milliarden Jahre alter lunarer Tunnel

Die „Selene“-Mission war von 2007 bis 2009 im Einsatz und umfasste die Hauptsonde „Kaguya“ sowie die beiden Satelliten „Ouna“ und „Okina“. Das Unternehmen (Selene, englisch für „Selenological and Engineering Explorer“) wurde nach der Mondprinzessin in der japanischen Legende Taketori Monogatari benannt.

Nach Auswertung der Daten der Mondsonde stellte sich heraus, dass der Tunnel 3,5 Milliarden Jahre alt und womöglich durch vulkanische Aktivität entstanden sein könnte. Sogar Wassereis könnte in diesem gigantischen Hohlraum unter der Mondoberfläche existieren.