Forscher der Tokyo Metropolitan University haben mittels Simulationen gezeigt, dass ein kleines, neu entwickeltes Röntgenteleskop dabei helfen könnte, eine chemische Karte der gesamten Mondoberfläche zu erstellen – ein großer Schritt zum Verständnis, wie der Mond entstanden, verändert und weiterentwickelt wurde. Denn seien wir ehrlich: Wir werden nicht so schnell Proben aus jedem Krater bekommen.

Ihre detaillierte Modellierung, die sowohl den Teleskopdetektor als auch eine realistische, den Mond umkreisende Satellitenmission umfasste, deutet darauf hin, dass ein Teleskop in etwa zwei Jahren fünf wichtige Elemente kartieren könnte. Ein größeres Fünf-mal-Fünf-Detektorarray könnte schärfere Karten liefern und die Arbeit schneller erledigen. Denn warum in zwei Jahren schaffen, was man mit 25 Teleskopen in einem Jahr könnte?

Die geologische Geschichte des Mondes ist noch nicht vollständig verstanden, vor allem weil Wissenschaftler noch keine vollständige geochemische Karte der Mondoberfläche haben. Da Forscher nicht einfach Proben von jedem Teil des Mondes sammeln können – Logistik, wissen Sie – müssen sie auf Fernerkundungsmethoden wie Röntgenfluoreszenzbildgebung zurückgreifen. Detektoren richten sich auf den Mond, um Röntgenstrahlen einzufangen, die von bestimmten Elementen ausgesendet werden, nachdem sie von Sonnenstrahlung getroffen wurden, und zeigen so, welche Elemente in verschiedenen Regionen vorhanden sind.

Frühere Beobachtungen der Apollo- und Chandrayaan-Missionen lieferten nützliche Teilkarten, aber eine vollständige globale Karte bleibt schwer fassbar. Missionen haben nur begrenzt Zeit, um genügend sonnenlichtgetriebene Röntgensignale zu sammeln, und Detektoren können während langer Zeiträume im Weltraum degradieren. Das Problem ist besonders akut in der Nähe der Mondpole, wo die solaren Röntgenstrahlen schwächer sind.

Um diese Hindernisse zu überwinden, schlug ein Team unter der Leitung von Airi Toida und Prof. Yuichiro Ezoe vor, ein kompaktes Röntgenteleskop auf einem Satelliten zu verwenden, der den Mond umkreist. Das Teleskop, ursprünglich für die Untersuchung der Erdmagnetosphäre entwickelt, wiegt weniger als zehn Kilogramm – klein genug, um für langfristige Mondbeobachtungen praktikabel zu sein. Herkömmliche Röntgenteleskope sind für diese Art von Mission oft zu groß und schwer. Der Detektor wurde auch unter Strahlungsbedingungen getestet, die weitaus härter sind als die in der Mondumlaufbahn erwarteten.

Die Forscher fügten dann die Spezifikationen des Teleskops in eine numerische Simulation ein, um zu testen, ob eine Satellitenmission den Mond erfolgreich kartieren könnte. Unter der Annahme von 300 Sonneneruptionen pro Jahr und einem einzelnen Teleskop an Bord eines den Mond umkreisenden Satelliten zeigte die Simulation, dass die gesamte Mondoberfläche in zwei Jahren für fünf Elemente (Sauerstoff, Eisen, Magnesium, Aluminium, Silizium) mit einer Gittergröße von 70 x 70 Kilometern kartiert werden könnte.

Da das Teleskop so kompakt ist, untersuchte das Team auch einen Satelliten, der ein Fünf-mal-Fünf-Array von Teleskopen trägt. Laut den Simulationen könnte dieses 25-Teleskop-System die Missionszeit auf ein Jahr reduzieren. Mit zwei Jahren Betrieb könnte es auch Natrium kartieren und die Gittergröße auf 30 x 30 Kilometer verbessern.

Wenn eines dieser Missionskonzepte Realität wird, würde es die erste vollständige Karte der elementaren Häufigkeit auf dem gesamten Mond liefern – und Wissenschaftlern ein mächtiges neues Werkzeug zur Untersuchung der Mondgeologie und zur Rekonstruktion der langen und komplexen Geschichte des Mondes geben. Diese Arbeit wurde durch das JSPS KAKENHI Grant Number 21H04972 unterstützt. Material bereitgestellt von der Tokyo Metropolitan University.