1. April 2005: Es ist erstaunlich wie prophetisch einige Science Fiction war.

Im Jahr 1956, zwei Jahre bevor die NASA überhaupt gegründet wurde, schrieb Hal Clement eine Kurzgeschichte, benannt "Dust Rag" ("Staub-Lappen"), die in Astounding Science Fiction veröffentlicht wurde und von zwei Astronauten handelt, die in einen Mondkrater hinabsteigen um eine seltsame Trübung schwacher Sterne am lunaren Horizont zu untersuchen. Nachdem Sie eine wilde Annahme verworfen haben, dass sie Spuren einer Mondatmosphäre sehen -- "Gase verhalten sich nicht so" -- finden sie heraus, dass es Staub sein muss, der irgendwie über dem Boden schwebt. In einer Unterhaltung, die wegen ihrer wissenschaftlichen Genauigkeit erwähnenswert ist, erklärt einer der Astronauten: 

"…Das Oberflächenmaterial [des Mondes] ist einer der schlechtesten elektrischen Leiter die man sich vorstellen kann, weshalb der Staub an der Oberfläche normalerweise eine Ladung annimmt und behält. Und was, lieber Student, passiert mit Teilchen die elektrische Ladungen tragen?"

"Sie stoßen sich gegenseitig ab."

"Klassensprecher. Und was, wenn die Oberfläche eines hundert Kilometer Kreises mit einem Rand einige Kilometer hoch komplett geladen ist, was passiert mit den darauf liegenden Staubteilchen?" 

Die Antwort, gegeben nur durch erzählende Beschreibung ist, dass die elektrostatische Ladung dazu führt, dass der Staub frei schwebt.

Nun, raten Sie mal was wirklich ist? Der Autor Clement lag richtiger als er wußte. Es sieht so aus, dass Mondstaub über der Mondoberfläche schwebt, weil er elektrostatisch geladen ist. Und der erste Beweis erfolgte fast auf dem Wege den Clement beschrieben hatte.

In den frühen 60´ern vor Apollo 11, zeigten Fotos, die von mehreren Beobachtungsraumschiffen gemacht wurden, die auf dem Mond landeten, ein unverkennbares Zwielicht tief über dem Mondhorizont, dass auch nach Sonnenuntergang anhielt. Außerdem sah der entfernte Horizont, zwischen Land und Weltall, nicht so scharf aus wie man es im Vakuum erwarten würde, wo es keine Störungen durch die Atmosphäre gibt.

Am erstaunlichsten aber war, dass Apollo 17 Astronauten, die den Mond im Jahr 1972 umkreisten, wiederholt für etwa 10 Sekunden vor dem lunaren Sonnenuntergang sahen und skizzierten, was sie abwechselnd "Bänder", "Wimpel" oder "Wolkenscheinwerfer" nannten. Solche Strahlen wurden auch von Astronauten an Bord von Apollo 8, 10 und 15 beobachtet.

Oben: Links sieht man lunare "Wolkenscheinwerfer" wie sie von Apollo 17 Astronauten skizziert wurden; Rechts sieht man Wolkenscheinwerfer auf der Erde, fotografiert von Autorin Trudy Bell.

Hier auf der Erde beobachten wir etwas ähnliches: Wolkenscheinwerfer. Dies sind Schächte aus Sonnenlicht, gestreut von unregelmäßigen Wolken beim Sonnenauf- oder Untergang. Vielleicht werden die "Wolkenscheinwerfer" auf dem Mond durch Wolken aus Mondstaub hervorgerufen. Viele Planetenwissenschaftler in den 1970er Jahren dachten so und einige schrieben Artikel über diesen Effekt (lesen Sie auch "mehr Informationen" am Ende dieses Artikels dazu).

Aber wie kann Mondstaub ohne Atmosphäre über der Mondoberfläche schweben? Selbst wenn er kurzfristig gestoßen wird durch, sagen wir einen Meteoriteneinschlag, würde sich der Staub nicht schnell wieder auf dem Boden absetzen?

Nun, nein -- zumindest nicht nach der "dynamischen Springbrunnen-Theorie" für lunaren Staub, kürzlich von Timothy J. Stubbs, Richard R. Vondrak, und William M. Farrell vom Laboratory for Extraterrestrial Physics an NASA's Goddard Space Flight Center, vorgeschlagen.

"Es scheint so, dass der Mond eine dünne Atmosphäre bewegter Staubpartikel besitzt," erklärt Stubbs. "Wir benutzen das Wort 'Springbrunnen' um die Vorstellung eines Trinkwasser-Brunnens hervorzurufen: Der Wasserbogen aus dem Ausguss erscheint statisch, aber die Wassermoleküle sind in Bewegung." Gleichermaßen springen einzelne Stückchen Mondstaub ständig von der Oberfläche hinauf und fallen wieder hinunter, was den Eindruck einer "Staub-Atmospäre" entstehen läßt, die statisch aussieht aber aus Staubpartikeln zusammengesetzt ist, die sich in ständiger Bewegung befinden.

Sie können das Springbrunnen-Modell selber erfahren ... auf Ihrem Kopf.

Reiben Sie einen aufgeblasenen Ballon an Ihrem Haar und halten Sie ihn dann einige Zentimeter entfernt fest. Ihr Haar wird von alleine aufsteigen, in Richtung des Ballons. Das Reiben des Ballons entfernt einige Elektronen von Ihrem Haar, was das Haar mit einer positiven Ladung zurückläßt. Ihr positiv geladenes Haar wird durch den negativ geladenen Ballon angezogen.

Beobachten Sie nun, was passiert wenn Sie den Ballon weit weg halten. Dies ist der Schlüssel: Einzelne Haare trennen sich von den anderen und fallen nicht sofort wieder zurück auf Ihren Kopf. Was ist passiert? Als der Ballon entfernt wurde hat jedes positiv geladene Haar seinen positiv geladenen Nachbarn abgestoßen und einige Ihrer Harre blieben hängend zurück -- genau wie Staub auf dem Mond.

Auf dem Mond gibt es kein Reiben. Der Staub wird auf zwei verschiedene Arten von der Sonne elektrostatisch aufgeladen: direkt durch das Sonnenlicht und durch geladene Teilchen die von der Sonne stammen (dem Sonnenwind).

Auf der Tagseite des Mondes ist ultraviolette- und Röntgenstrahlung so energiereich, dass sie Elektronen aus den Atomen des Mondbodens herausschlägt. Positive Ladungen bauen sich auf bis die kleinsten Teilchen des Mondstaubs (die nur 1 Micron oder kleiner sind) von der Oberfläche abgestoßen und einige Meter bis Kilometer hochgehoben werden, erklärt Stubbs. Eventuell fallen sie wieder zurück auf die Oberfläche wo dieser Prozess dann immer und immer wieder stattfindet.

Oben: Ein Diagramm des Mondstaub-Springbrunnen-Modells aus "A Dynamic Fountain Model for Lunar Dust" von Timothy J. Stubbs, Richard R. Vondrak, und William M. Farrell.

Wenn dies auf der Tagseite des Mondes passiert fragt man sich natürlich, was auf der Nachtseite passiert? Stubbs glaubt, dass der Staub dort negativ geladen ist. Diese Ladung stammt aus den Elektronen des Sonnenwindes, der um den Mond herum die Nachtseite erreicht. In der Tat besagt das Springbrunnen-Modell, dass sich die Nachtseite stärker auflädt als die Tagseite, und so möglicherweise Staubteilchen höher bringt und stärker beschleunigt.

Tagseite: positiv. Nachtseite: negativ. Was geschieht dann an der Grenze -- der wanderenden Linie von Sonnenauf- und Untergang zwischen Tag und Nacht?

Registrieren Sie  sich für unseren Astronomie Newsletter der deutschen Übersetzungen und Artikel

Dort könnte sich ein "signifikantes, horizontales elektrisches Feld zwischen den Tag- und Nachtgebieten bilden, wodurch es eine horizontale Bewegung des Staubes geben könnte," spekuliert Stubbs. "Staub würde an den Grenzen entlang gezogen werden." Weil die Bewegungen aus mikroskopisch kleinen Teilchen bestehen würden, die man mit dem bloßen Auge nicht sehen könnte, würde ein Astronaut den vorbeifliegenden Staub nicht wahrnehmen: Trotzdem, wäre er oder sie auf der dunklen Seite des Mondes und würde auf den Sonnenaufgang warten, würde ein Astronaut "vielleicht ein seltsames, sich bewegendes Glühen beobachten, das entlang des Horizontes wandert, fast wie ein tanzender Vorhand aus Licht." Dies würde vielleicht schwachen Polarlichtern auf der Erde ähneln.

Stubbs und seine Kollegen arbeiten nun intensiv an einer Reihe von faszinierenden Fragen. Zum Beispiel gibt es tiefe Krater auf der dunklen Seite des Mondes die niemals das Sonnenlicht sehen. Hätten diese Krater einen starken Überschuss an negativer Ladung? Astronauten müssen dies wissen, weil die NASA in den kommenden Jahren plant Menschen zurück auf den Mond zu schicken und tiefe Krater vielleicht Stellen sind, in denen sie gefrorenes Wasser finden -- eine entscheidene Ressource für jede Kollonisierung. Werden sie auch schwärme von elektrisch geladenem Staub begegnen?

Es ist nicht mehr Science Fiction.

Diesen Artikel weiterempfehlen

Credits & Contacts
Author: Trudy E. Bell
Responsible NASA official: Ron Koczor

Editor: Dr. Tony Phillips
Curator: Bryan Walls
Media Relations: Steve Roy

The Science Directorate at NASA's Marshall Space Flight Center sponsors the Science@NASA web sites. The mission of Science@NASA is to help the public understand how exciting NASA research is and to help NASA scientists fulfill their outreach responsibilities.