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Fasziniert vom Mondstaub

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Mithilfe von Laserstrahlen und elektrischen Feldern untersuchen NASA Wissenschaftler das seltsame Verhalten von Mondstaub.

Jeden Morgen betritt Mian Abbas sein Labor und macht sich an die Untersuchung -- eines einzigen Körnchens Staub. Wie in ZEN-Schüler studiert er den gleichen Fleck, aufgehängt innerhalb einer basketballgroßen Vakuumkammer, für 10 bis 12 Tage. 

Das mikroskopisch kleine Objekt, das seine ungeteilte Aufmerksamkeit hat, ist nicht bloß ein altes Staubteilchen. Es ist Mondstaub. Stück für Stück misst Abbas Eigenschaften einzelner Körnchen, die von den Apollo 17 Astronauten im Jahr 1972 und dem russischen Luna-24 Proben-Raumschiff, welches im Jahr 1976 auf dem Mond landete, mitgebracht wurden. 

"Experimente an einzelnen Körnchen helfen uns dabei einige der seltsamen und komplexen Eigenschaften von Mondstaub zu verstehen," sagt Abbas. Dieses Wissen ist wichtig. Ausgehend von NASA's Vision for Space Exploration, werden Astronauten bis zum Jahr 2018 zum Mond zurückkehren -- und sie müssen sich mit einer Menge Mondstaub auseinander setzen. 

Die Apollo Astronauten, die zwischen 1969 und 1972 auf dem Mond herumliefen, waren alle erstaunt wie "klebrig" der Mondstaub war. Der Staub setzte sich überall fest, verschmutzte Werkzeuge und Raumanzüge. Ausrüstung, die vom Mondstaub geschwärzt wurde, absorbierte Sonnenlicht und überhitzte. Es war ein echtes Problem. 

Viele Forscher glauben, dass Mondstaub sehr stark statisch haftend ist: er ist elektrisch geladen. Während des Mondtages schlägt die intensive ultraviolette Strahlung des Sonnenlichts Elektronen aus dem staubigen Gitter heraus. Staubkörnchen auf der Tagseite des Mondes werden folglich positiv geladen. 

Letzten Endes werden die abstoßenden Kräfte so stark, dass die Körnchen "wie Kanonenkugeln" von der Oberfläche weggeschleudert werden, sagt Abbas, und einige Kilometer nach oben fliegen, bis sie die Schwerkraft wieder zur Oberfläche zurückholt. Der Mond besitzt vielleicht sogar eine virtuelle Atmosphäre, bestehend aus diesem fliegenden Staub, der, von oben und unten kommend, an den Astronauten haftet. 

So ähnlich hört sich die Theorie an. 

Aber werden Körnchen des Mondstaubs wirklich positiv geladen, wenn sie mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden? Wenn dies der Fall ist, welche Teilchen sind dann am meisten betroffen -- große oder kleine Körnchen? Und was macht der Mondstaub, wenn er geladen ist? 

Dies sind Fragen, denen Abbas in seinem "Dusty Plasma Laboratory", am National Space Science and Technology Center in Huntsville, Alabama, nachgeht. Zusammen mit dem Kollegen Paul Craven und dem Doktoranden Dragana Tankosic, bringt Abbas ein einzelnes Körnchen Mondstaub in die Kammer und "fängt" es mit Hilfe von elektrischen Kraftfeldern ein. (Der Injektor gibt dem Körnchen eine leichte Ladung, wodurch es mit elektrischen Feldern kontrolliert werden kann.) Das Körnchen hängt dann buchstäblich mitten in der Luft und sie "pumpen die Kammer hinunter bis auf 10-5 torr um das Vakuum auf dem Mond zu simulieren." 

Als nächstes kommt der faszinierende Teil: Abbas bestrahlt das Körnchen mit einem UV Laser. Wie erwartet lädt sich das Teilchen auf und beginnt sich zu bewegen. Durch äußerst sorgfältige Justierung des elektrischen Feldes der Kammer kann Abbas das Körnchen in seiner Position halten; er kann die wechselnde Ladung messen und seine faszinierenden Eigenschaften erkunden. 

Wie die Apollo Astronauten, hat auch Abbas schon einige Überraschungen entdeckt -- obwohl dass Experiment noch nicht einmal zur Hälfte durchgeführt ist. 

"Wir haben zwei Dinge herausgefunden," sagt Abbas. "Erstens lädt ultraviolettes Licht Mondstaub 10 Mal stärker auf, als es die Theorie vorhersagt. Zweitens laden sich größere Körnchen (1 - 2 Mikrometer im Durchmesser) stärker auf als kleinere Körnchen (0,5 Mikrometer), was genau das Gegenteil von dem ist, was die Theorie voraussagt." 

Es ist ganz klar, dass es viel zu lernen gibt. Zum Beispiel, was passiert bei Nacht, wenn die Sonne und das UV Licht verschwinden? 

Dies ist der zweite Teil von Abbas's Experiment, welches er hofft, Anfang 2006 durchführen zu können. Anstatt mit einem UV Laser auf ein einzelnes Mondteilchen zu zielen, plant er den Staub mit Elektronen zu bombardieren. Warum Elektronen? Die Theorie sagt voraus, dass Mondstaub bei Nacht negative Ladung aufnimmt, weil er mit freien Elektronen aus dem Sonnenwind beschossen wird -- das sind Teilchen, die von der Sonne strömen und die hinter dem Mond auf den nachtdunklen Boden treffen. 

Als die Apollo Astronauten den Mond vor 30 Jahren besuchten, landeten sie im Tageslicht und starteten vor Sonnenuntergang wieder. Sie bleiben niemals über Nacht und es brauchte sie daher nicht zu kümmern, was bei Nacht mit dem Mondstaub passiert. Dies wird sich ändern: Die nächste Generation von Forschern wird viel länger bleiben als die Apollo Astronauten und vielleicht sogar einen dauerhaften Außenposten errichten. Sie müssen wissen, wie sich der Mondstaub zu jeder Zeit verhält. 

 Bleiben Sie dran für Antworten aus dem Dusty Plasma Lab.

Quelle: Science@NASA

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