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Magnetischer Mondstaub

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Vor mehr als 30 Jahren machten die Apollo Astronauten eine wichtige Entdeckung auf dem Mond: Mondstaub kann eine große Beeinträchtigung sein. Der feine, puderige Abrieb war überall und gelangte auf den seltsamsten Wegen in die Dinge hinein. Mondstaub verstopfte Löcher für Schrauben, verschmutzte Werkzeuge, bedeckte die Visiere der Astronauten und rieb ihre Handschuhe ab. Oftmals mussten sie ihre Arbeit auf der Oberfläche beenden um ihre Kameras sowie die Ausrüstung mit großen -- und zumeist wenig effektiven -- Bürsten zu reinigen.

Der Umgang mit dem "Staub-Problem" wird eine der größten Herausforderungen für die nächste Generation der NASA Forscher sein. Aber wie? Professor Larry Taylor, Direktor des Planetary Geosciences Institute an der University of Tennessee, glaubt eine Antwort zu haben: "Magnete."

Die Idee hatte er im Jahr 2000. Taylor war in seinem Laboratorium und untersuchten Mondstaub von der Apollo 17 Mission und, neugierig darauf zu sehen was geschah, bewegte einen Magneten durch den Staub. Zu seiner Überraschung, "sprangen all die kleinen Körnchen hoch und hafteten an dem Magneten." 

"Ich erkannte gar nicht, was ich entdeckt hatte," erinnert sich Taylor, "bis ich es Apollo 17 Astronaut Jack Schmitt eines Tages in meinem Büro erklärte und er sagte, 'stellen Sie sich bloß einmal vor, was wir mit einer Bürste alles hätten machen können, an die ein Magnet angebracht gewesen wäre!"

"Nur die kleinsten Körnchen (< 20 Mikron) reagieren vollständig auf den Magneten," bemerkt Taylor, aber das ist in Ordnung, da gerade der feinste Staub die meisten Probleme bereitete. Feiner Staub durchdrang am ehesten die Versiegelungen an den Verbindungsstellen des Raumanzuges sowie um die Deckel der 'sauberen' Probenbehälter herum. Und als die Astronauten mit ihren staubigen Mondstiefeln zurück in die Landefähre gingen, wirbelten die feinsten Körnchen in die Luft, wodurch sie eingeatmet wurden. Dies verursachte zumindest bei einem Astronauten (Schmitt) einen Fall von "Mondstaub Heuschnupfen."

Taylor hat seitdem einen Prototyp eines Luftfilters entworfen, in dessen Inneren sich Magnete befinden. "Wenn der Filter schmutzig wird, zieht man einfach den Magneten heraus und der Staub fällt in einen Auffangbehälter." Ein späterer Entwurf, mit Elektromagneten, arbeitet effektiver: "Man zieht einfach den Stecker des Elektromagneten hinaus, klopft drauf und der Staub regnet hinunter in einen Behälter." Derzeit arbeitet er an einem Prototyp einer "Staubbürste" die Dauermagneten verwendet.

Staub auf der Erde ist nicht magnetisch, warum sollte also Mondstaub magnetisch sein?

"Mondstaub ist seltsames Zeugs," erklärt Taylor. "Jedes Körnchen Mondstaub ist ummantelt mit einer Schicht aus Glas, die nur einige hundert Nanometer dick ist (1/100 vom Durchmesser eines menschlichen Haars)." Taylor und seine Kollegen haben die Ummantelung unter einem Mikroskop betrachtet und "Millionen winziger Punkte aus Eisen, eingelassen im Glas wie Sterne am Himmel" gefunden. Diese Eisen-Einlagerungen sind die Quelle dieses Magnetismus.

Forscher glauben, dass das Glas ein Nebenprodukt von Beschuss ist. Winzige Mikro-Meteoriten treffen die Oberfläche des Mondes und sorgen dabei für Temperaturen von mehr als 2000° C, buchstäblich die Oberflächentemperatur von roten Sternen. Solch extreme Hitze verdampft Moleküle im geschmolzenen Erdreich. "Der Dampf besteht aus Komponenten wie FeO und SiO2," sagt Taylor. Wenn die Temperatur hoch genug ist, werden die Moleküle in ihre atomaren Komponenten aufgespalten: Si, Fe, O und so weiter. Später, wenn der Dampf abkühlt, kombinieren sich die Atome erneut und kondensieren auf Körnchen aus Mondstaub, lagern dort eine Lage aus Silikon Dioxyd (SiO2) Glas, angereichert mit winzigen Körnchen aus reinem Eisen (Fe) ab.

Eine dünne Schicht Eisen reicht nicht aus um Teilchen, groß wie ein Sandkorn oder Kies, bemerkbar magnetisch zu machen, sagt Taylor. Eine solch dünne Schicht ist aber genug für Teilchen, die kleiner als etwa 20 Mikrometer sind. Diese haben im Vergleich zu ihrer Oberfläche eine so geringe Masse, dass sie problemlos durch Taylor´s Magnete angehoben werden.

Magnete sind nicht die einzige Möglichkeit mit Mondstaub fertig zu werden. Die NASA untersucht eine ganze Reihe von Möglichkeiten, von Luftschleusen bis hin zu Staubsaugern. Wenn Taylor aber recht hat, werden Magnete sich als wichtig erweisen und die Astronauten den Mondstaub das nächste Mal nicht mehr als so problematisch empfinden.

Quelle: Science@NASA

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