Informationen zum Mond

Innerer Aufbau
Der Mond besitzt eine 70 km (Vorderseite) bis 150 km (Rückseite) dicke Kruste, die von einer mehrere Meter dicken Regolithschicht bedeckt ist. Darunter liegt ein fester Mantel aus Basaltgesteinen. Es gibt Theorien über einen eisenhaltigen Kern von 200 – 400 km Durchmesser, der Temperaturen um 1600 °C aufweisen dürfte.
Durch die gebundene Rotation des Mondes ist er in Richtung Erde langgezogen und sein Massenschwerpunkt liegt ca. 2 km näher zur Erde als sein geometrischer Mittelpunkt.

Chemische Zusammensetzung der Mondkruste
Alle chemischen Elemente, die die Erdkruste bilden, kommen auch auf dem Mond vor. Allerdings gibt es Unterschiede in der Häufigkeit, der Verteilung und der Form (Verbindung). Es gibt leichte Unterschiede zwischen Mare und Hochland. Typische mittlere Werte sind:

Die wichtigsten Mondgesteine
Grundsätzlich sind Mondgesteine sehr erdähnlich.

Mare-Gesteine:
Basalte vulkanischen Ursprungs. Feinkörnig bis glasig. Reich an Eisen und Magnesium.

Hochlandgesteine: Die lunaren Hochländer sind reicher an Aluminium und Kalzium.

Regolith
Der Mond besitzt keine nennenswerte Atmosphäre. Deshalb schlagen Meteoriten verschiedener Größen ohne Abbremsung auf der Oberfläche ein und pulverisieren die Gesteine. Der Regolith, der durch diesen Prozess entsteht, bedeckt nahezu die gesamte Oberfläche mit einer mehrere Meter dicken Schicht.
Der Regolith ensteht überwiegend aus dem Material der Oberfläche, enthält aber auch Beimengungen, die durch Einschläge an den Fundort transportiert wurden. Obwohl er gemeinhin als Mondstaub bezeichnet wird, entspricht der Regolith eher einer Sandschicht. Die Korngröße reicht von Staubkorngröße über Sandkörner bis hin zu Steinen und Felsbruchstücken. An manchen Stellen besteht er aus durch Einschläge entstandenen Erstarrungsprodukten, sogenannten Agglutinaten.
Der Mond hat kein nennenswertes Magnetfeld. Somit treffen die Teilchen des Sonnenwindes, vor allem Wasserstoff, Helium, Neon, Kohlenstoff und Stickstoff, nahezu ungehindert auf die Oberfläche und werden im Regolith implantiert.
Kosmische Strahlung dringt etwa einen Meter tief in die Mondoberfläche ein und bildet durch Kernreaktionen instabile Isotope, die sich mit unterschiedlicher Halbwertszeit u.a. durch Alphazerfall in stabile Isotope verwandeln. Da der Mondregolith durch Meteoriteneinschläge umgewälzt wird, haben die einzelnen Bestandteile meist eine komplexe Bestrahlungsgeschichte hinter sich.

Mondbeben
Die zurückgelassenen Seismometer der Apollo-Missionen registrieren etwa 500 Mondbeben pro Jahr. Diese Beben sind im Vergleich zu Erdbeben sehr schwach. Das stärkste erreichte eine Stärke von knapp 5 auf der Richterskala. Die meisten liegen bei einer Stärke von 2. Die seismischen Wellen werden im Mondinneren nur sehr schwach gedämpft und können bis zu vier Stunden lang verfolgt werden.

Meteoriteneinschläge
Die Mondoberfläche ist durch Meteoriteneinschläge geprägt.
Täglich schlagen auf dem Mond Meteoriten ein, die insgesamt über eine Tonne wiegen. Die Größe und Form dieser Geschosse ist sehr unterschiedlich und reicht vom Kometen-Staubpartikel bis zum ausgewachsenen Asteroiden. Über die Häufigkeit der Meteoriteneinschläge weiß man heute noch sehr wenig. Für bemannte Missionen sind Mikrometeoriten kritisch. Sie liegen in der Größenordnung Bruchteilen von Millimetern bzw. Zentimeter. Mit ihnen muss laufend gerechnet werden.

Wasservorkommen
Der Mond ist ein extrem trockener Körper mit wenigen z.T. unbestätigten Hinweisen auf Wasservorkommen.
Vor kurzem konnten Wissenschaftler mit Hilfe eines neuen Verfahrens winzige Spuren von Wasser (bis zu 0,0046 %) in kleinen Glaskügelchen vulkanischen Ursprungs in Apollo-Proben nachweisen. Außerdem hat die Lunar-Prospector-Sonde Hinweise auf Wassereis in den Kratern der Polarregionen gefunden.

Beleuchtungsverhältnisse
Während Mondtages trifft ungefiltertes Sonnenlicht auf die Mondoberfläche. Die Intensität auf der Oberfläche ist abhängig vom Einfallswinkel. Aufgrund der stabilen Mondachse, nahezu senkrecht zur Äquatorialebene, werden Nord- und Südpol permanent vom Sonnenlicht „gestreift“. Erhöhte Kraterränder sind aus diesem Grund dauerbeleuchtet. Kraterböden sind dagegen permanent im Schatten und extrem kalt (ca. -230 °C).

Temperaturen
Die Temperaturen gehen einher mit den Beleuchtungsverhältnissen. Aufgrund einer nur äußerst dünnen Gashülle gibt es auf der Mondoberfläche zwischen der Tag- und der Nachtseite sehr große Temperaturunterschiede. Die Temperaturen auf dem Mond liegen zwischen – 130 ° C (Nacht) und + 150 ° C (Tag). Der Regolith wirkt allerdings sehr isolierend, sodass es ab einer Tiefe von ca. einen Meter keine Tag-Nacht-Schwankungen mehr gibt. Die Temperatur sind dort verhältnismäßig ausgeglichen und liegen vermutlich nahe bei 0° C. Aufgrund der langsamen Mondrotation dauert ein Mond-Tag 14 Erd-Tage.

Strahlung
Die Strahlungsbedingungen auf dem Mond stellen für Menschen eine große Gefahr dar. Da der Mond weder über eine Atmosphäre noch ein nennenswertes Magnetfeld verfügt, treffen die ionisierenden Partikel der kosmischen und solaren Strahlung ungehindert auf der Oberfläche auf. In Zeiten geringer Sonnenaktivität ist die kosmische Strahlung die Hauptkomponente. Sie besteht überwiegend aus hochenergetischen Protonen. Sie enthält aber auch schwerere geladene Partikel, die von Helium bis zu Eisenkernen reichen. Aufgrund ihrer hohen Energie sind sie schwer abzuschirmen. Sie können eine Aluminiumschicht von mehr als einem Meter Dicke durchschlagen.
In Zeiten hoher Sonnenaktivität (ungefähr 11-Jahres Zyklus) ist die Wahrscheinlichkeit von Sonneneruptionen sehr hoch. Dadurch entstehen hohe Dosen von ionisierender Strahlung (überwiegend Protonen), die mehrere Stunden oder Tage andauern kann. Astronauten können innerhalb weniger Stunden einer tödlichen Dosis ausgesetzt sein. Protonen aus Sonneneruptionen sind wegen ihres geringeren Energieniveaus leichter abzuschirmen z.B. durch eine dicke Regolithschicht (ca. 1-2 Meter). Durch Kernreaktionen, welche die ionisierende Strahlung im Mondregolith auslöst, entsteht eine Sekundärstrahlung (Alphastrahlung, Neutronen).

Sonnenwind
Der Sonnenwind besteht aus Ionen der meisten chemischen Elemente. Über 95% der Teilchen sind jedoch je zur Hälfte Protonen und Elektronen.
Die typische Protonendichte beläuft sich dann auf etwa 10-20 Teilchen pro Kubikzentimeter, wobei die Teilchengeschwindigkeit zwischen 400-650 Kilometer pro Sekunde schwankt. An etwa 5 Tagen eines jeden Monats (Vollmond) befindet sich der Mond innerhalb des Erdmagnetfeldes, welches den direkten Sonnewind abschirmt.

Problematik Mondstaub
Mondstaub besitzt eine Dichte von etwa 1,5t/m3. Er besteht aus z.T. sehr kleinen Partikeln, die sehr scharfkantig sind. Sie können Oberflächen zerkratzen und eingeatmet die Lungen schädigen.
Mondstaub ist zum Teil elektrostatisch geladen. Er dringt aus diesem Grund überall ein, setzt Oberflächen zu und lässt sich schwer entfernen. Das kann beispielsweise zu einer Überhitzung von Instrumenten führen.
Die Aufladung des Mondstaubes wird zum überwiegenden Teil durch den Sonnenwind verursacht. Freie Elektronen im Sonnenwind interagieren mit den Körnchen im Mondstaub und laden sie dadurch auf. Eine weitere Ursache ist das Magnetfeld der Erde, das sich weit über den Orbit des Mondes ausdehnt. Zu den Zeiten, in denen der Mond das Erdmagnetfeld durchquert kommt er mit einer "Plasmaschicht" aus heißen, geladenen Teilchen in Verbindung, die im Magnetschweif gefangen sind. Die leichtesten und beweglichsten dieser Teilchen, Elektronen, prasseln auf die Oberfläche des Mondes und geben ihm eine negative Ladung. Es kann zu lunaren Staubstürmen bis hin zu elektrostatischen Entladungen kommen.
Auf der Tagseite des Mondes wird dieser Effekt zum Teil durch das Sonnenlicht wieder ausgeglichen: UV Photonen schlagen Elektronen aus der Oberfläche heraus, was die Aufladung auf einem relativ niedrigen Level hält. Aber auf der Nachtseite, in der kalten Mondnacht, sammeln sich Elektronen an und können elektrostatische Aufladungen und eventuell hohe Spannungen erzeugen.
Mondstaub kann chemisch reaktiv sein. Durch die Prozesse auf der Mondoberfläche liegen aufgebrochene chemische Bindungen vor. Außerdem sind Gase und Ionen aus dem Sonnenwind im trockenen Mondstaub eingeschlossen.
Toxische Stoffe und Radioaktivität im Mondstaub sind nicht bekannt.

Bevorzugte Standorte für eine Mondbasis
Bevorzugte Standorte für eine Mondbasis sind wegen der permanenten Verfügbarkeit von Sonnenlicht die polaren Regionen.