Aufprall energiereicher Teilchen auf der Mondoberfläche setzt Gammastrahlung frei Mond heller als Sonne – im Gammabereich - scinexx | Das Wissensmagazin
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Mond heller als Sonne – im Gammabereich

Aufprall energiereicher Teilchen auf der Mondoberfläche setzt Gammastrahlung frei

lunares Gammaglühen
Vom Mond ausgehende Gammastrahlung im Bereich oberhalb 30 Megaelektronenvolt - in diesem Energiebereich ist das lunare Gammaglühen sogar heller als das der Sonne. © NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Unsichtbares Glühen: Der Mond leuchtet nicht nur im sichtbaren Licht, sondern gibt auch Gammastrahlung ab. In bestimmten Energiebereichen strahlt er dabei sogar heller als die Sonne, wie nun Messungen des Fermi-Weltraumteleskops der NASA belegen. Die energiereiche Strahlung entsteht durch das Auftreffen von kosmischer Strahlung und Sonnenwind auf der Mondoberfläche. Interessant auch: Im Gammalicht leuchtet der Mond selbst bei Neumond oder Halbmond in voller Pracht.

Der Mond ist den Einflüssen des Alls vollkommen schutzlos ausgesetzt. Denn er besitzt weder eine Atmosphäre noch ein Magnetfeld und damit keine Schutzschilde, die Mikrometeoriten, den Sonnenwind und die kosmische Strahlung abfangen könnten. Als Folge wird die Mondoberfläche ständig von energiereichen Teilchen und Strahlung bombardiert. Dadurch werden elektrochemische Reaktionen im Regolith ausgelöst, die die Mondoberfläche verwittern lassen.

Mondblick mit Gammastrahlen-Teleskop

Doch wie sich nun zeigt, hat das kosmische Bombardement noch einen anderen Effekt: Es lässt den Mond hell aufleuchten, wenn auch für unsere Augen unsichtbar, wie nun Francesco Loparco und seine Kollegen von der Fermi-LAT-Kollaboration festgestellt haben. Für ihre Studie hatten sie Daten des NASA-Weltraumteleskops Fermi ausgewertet, das den Himmel im Gammastrahlenbereich durchmustert.

Zu bestimmten Zeiten gerät dabei auch der Mond ins Blickfeld des Teleskops. Loparco und sein Team haben solche Aufnahmen genutzt, um das „Gammaglühen“ des Mondes über sieben Jahre hinweg zu verfolgen und zu charakterisieren. Der erfasste Spektralbereich reichte dabei von 30 Megaelektronenvolt bis zu zehn Gigaelektronenvolt.

Gammaglühen auch bei Neumond

Das Ergebnis: Der Mond erscheint im Gammastrahlenbereich als leuchtend helles Objekt und hebt sich klar vom Hintergrund ab. Im energieärmeren Bereich des erfassten Gammaspektrums strahlt der Erdtrabant sogar heller als die Sonne, wie die Forscher berichten. Erst ab Energien von mehr als einem Gigaelektronenvolt hat sie die Nase vorn, weil die Sonne mehr kurzwelligere, energiereichere Gammastrahlung abgibt.

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Interessant auch: Das Gammaglühen des Mondes bleibt bei Neumond oder Halbmond auf voller Fläche erhalten. „In diesen Energien betrachtet, durchlebt der Mond keine seiner monatlichen Phasen – er würde immer als Vollmond erscheinen“, erklärt Loparco. Allerdings zeigt die lunare Gammastrahlung trotzdem Schwankungen: Sie variiert im Verlauf des elfjährigen Sonnenzyklus um rund 20 Prozent, wie die Messungen ergaben.

Teilchenkollisionen im Regolith

Der Grund dafür: Ursache für das Gammaglühen des Mondes sind die kosmische Strahlung und der Sonnenwind. Wenn sie ungefiltert auf die Mondoberfläche treffen, kollidieren die energiereichen Teilchen mit den Atomen und Molekülen des Regoliths, darunter vor allem verschiedene Silizium- und Metalloxide. Diese Treffer können wie in einem Teilchenbeschleuniger dazu führen, dass Atomkerne zerfallen und dabei neben verschiedenen Elementarteilchen auch Gammastrahlung freisetzen.

Zwar wird ein Großteil dieser Gammastrahlung vom Mond absorbiert, ein Teil aber wird in den Weltraum hinausgestrahlt – und bildet das lunare Gammaglühen. Weil sich die Stärke des Sonnenwinds im Laufe des elfjährigen Sonnenzyklus verändert, spiegelt sich dies auch in der Intensität der von der Mondoberfläche produzierten Gammastrahlung wider.

Die von der Erde aus sichtbaren Mondphasen und auch der Neumond machen sich hingegen nicht bemerkbar, weil die Freisetzung der Gammastrahlung teils verzögert erfolgt und weil auch kosmische Strahlung aus anderen Quellen diese Reaktion im Regolith hervorruft. (Journal of Physics: Conference Series, 2019; doi: 10.1088/1742-6596/934/1/012021)

Quelle: NASA

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