2024 soll im Rahmen der japanischen Weltraummission MMX eine Sonde zum Marsmond Phobos starten und von dort Bodenproben zurück zur Erde bringen. Dann könnte man erstmals Material von diesem Himmelskörper direkt studieren. Bis dahin kann man aber schon einmal Simulationen anstellen, wie es Forscher der TU Wien zuletzt gemacht haben.

Ein Team um Paul Szabo und Friedrich Aumayr vom Institut für Angewandte Physik versuchte im Labor die Verwitterungsprozesse zu rekonstruieren, denen das Gestein an der Oberfläche von Phobos ausgesetzt ist. Dafür verwendeten die Forscher Gesteine ähnlich jenen, die dort vorkommen, und simulierten in einer Vakuumkammer den kosmischen Teilchenbeschuss, der im All das Material erodieren lässt. Dies sei wichtig für das Verständnis der Entwicklung von Phobos, von seiner Entstehung bis zum heutigen Aussehen. Die Ergebnisse wurden im "Journal of Geophysical Research: Planets" veröffentlicht.

Das Objekt

Uns, die wir einen unverhältnismäßig großen Trabanten gewohnt sind, erscheint Phobos winzig: Der unregelmäßig geformte Mond hat Achsen von nur 27, 22 und 19 Kilometer Länge. Möglicherweise handelt es sich bei ihm und seinem noch kleineren "Bruder" Deimos um Asteroiden, die vom Mars eingefangen wurden. Die beiden Monde könnten aber auch bei einer Kollision eines größeren Himmelskörpers mit dem Mars entstanden sein.

Im Gegensatz zur Erde, wo Regen und Wind dem Gestein zusetzen, verwittert das Material auf Phobos primär durch den Beschuss energiereicher Teilchen, vor allem aus dem Sonnenwind. Auf der Erde schützen Erdmagnetfeld und Atmosphäre vor diesem Bombardement. Durch diesen Teilchenbeschuss hat sich das Material auf Phobos im Lauf von Milliarden Jahren völlig verändert. Um die Geologie des Mars-Trabanten zu verstehen, muss man die Vorgänge bei der Weltraum-Verwitterung also richtig einschätzen können.

Arbeiten mit dem, was da ist

Dazu haben die Wiener Forscher Experimente mit Gesteinen durchgeführt, wie sie auch auf Phobos vorkommen. "Als Phobos-Analog haben wir das Mineral Augit verwendet, welches 60 Prozent Sauerstoff, 20 Prozent Silizium sowie Magnesium, Eisen und Calcium enthält", sagt Szabo. In einer Vakuumkammer wurde es mit unterschiedlichen geladenen Teilchen beschossen, unter anderem mit Sauerstoff-, Kohlenstoff- und Kohlendioxid-Ionen.

Mit Hilfe einer extrem präzisen Waage konnten die Forscher messen, wie viel Material durch den Beschuss abgetragen wird und welche Teilchen sich wie stark auf das Gestein auswirken. So konnten sie die Erosion viel genauer abschätzen, als das bisher möglich war.

Unter Beschuss von zwei Seiten

Dabei bestätigte sich, dass man einen speziellen Effekt auf Phobos nicht vernachlässigen darf, nämlich dass der Mond dem Teilchen-Beschuss gleich in zweifacher Weise ausgesetzt ist: Er wird nicht nur durch Ionen aus dem Sonnenwind bombardiert. Der weniger als 6.000 Kilometer von seinem Planeten entfernte Trabant, der seinem Planeten immer dieselbe Seite zuwendet, ist auch einem erheblichen Beschuss durch Sauerstoff-Ionen ausgesetzt. Sie stammen aus der Marsatmosphäre und werden vom Sonnenwind auf hohe Energien beschleunigt. Der Effekt dieser Sauerstoff-Ionen konnte nun erstmals gemessen werden.

Die Experimente zeigten aber auch, dass die Erosionsraten durch den Teilchenbeschuss geringer sein dürften als bisher angenommen. Zudem wurden keine signifikanten Unterschiede in den Auswirkungen von atomaren und molekularen Ionen auf das Gestein beobachtet.

Noch ein bisschen warten

Für eine Überprüfung der Ergebnisse müsste dann Material direkt vor Ort entnommen werden. Bislang hat sich der kleine Marsmond aber allen derartigen Versuchen erfolgreich entzogen. Zwei sowjetische Sonden, die in den 1980er Jahren auf Phobos landen sollten, gingen verloren. Und 2011 schaffte es die russisch-chinesische Mission Fobos-Grunt, die ebenfalls Bodenproben sammeln sollte, nicht einmal über den Erdorbit hinaus.

Mit der Mission MMX ("Martian Moons Exploration") soll dieser Fluch endlich aufgehoben werden. Die japanische Raumfahrtagentur JAXA will ihre Sonde 2024 starten und mit ihr die Marsmonde Phobos und Deimos erforschen. Die Sonde soll 2025 in einen Orbit um den Mars eintreten, auf Phobos landen, eine Bodenprobe entnehmen und wieder starten. Nach mehreren Vorbeiflügen an Deimos soll sie dann 2029 wieder zur Erde zurückkehren und eine Kapsel mit den Phobos-Proben auf der Erde absetzen. (red, APA, 9. 12. 2020)