Mondstaub könnte ein Problem für künftige Mondforscher sein

Stellen Sie sich das wie eine Rückblende von den Apollo-Mondgängern vor: Der Mond ist ein Disneyland aus Staub.

Zwischen 1969 und Ende 1972 hat ein Dutzend Astronauten den pulverförmigen Regolith, den Schmutz der Mondoberfläche, aufgewirbelt.

„Je mehr Zeit man dort verbringt, desto mehr wird man vom Helm bis zu den Stiefeln mit Mondstaub bedeckt“, erinnerte sich der Apollo-11-Astronaut Buzz Aldrin. Der Kommandant von Apollo 17, Gene Cernan, äußerte sich in einer technischen Nachbesprechung nach seiner Mission, die der letzte Aufenthalt von Menschen auf dem Mond war, ähnlich. „Ich denke, Staub ist wahrscheinlich eines der größten Hindernisse für einen nominalen Einsatz auf dem Mond. Ich denke, wir können andere physiologische, physikalische oder mechanische Probleme als Staub überwinden“, sagte er.

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Dustup on the moon. Apollo 17-Kommandant Gene Cernan bereitet sich darauf vor, seinen mit Mondstaub bedeckten Raumanzug abzulegen. (Bildnachweis: NASA)

Abrasive Natur

Die Apollo-Besatzungsmitglieder konnten nicht vermeiden, dass sie in ihren Mondlandegeräten Mondstaub verfolgten. Nachdem sie ihre Helme und Handschuhe abgelegt hatten, konnten sie die abrasive Natur des Staubs spüren, den Mond riechen und sogar schmecken. Daraus entstand das „Apollo-Aroma“, die Erinnerung der Astronauten an den Geruch des Mondes. Es hat sich herausgestellt, dass er einen unverwechselbaren Geruch hat.

Aldrin erinnert sich, dass der Mondstaub, der während der Apollo 11-Mission Anzüge und Ausrüstung verschmutzte, „wie verbrannte Holzkohle oder ähnlich wie die Asche in einem Kamin roch, besonders wenn man etwas Wasser darüber streut.“

Apollo 17-Mann Harrison „Jack“ Schmitt sagte: „Ich kann nur sagen, dass der Geruch von verbrauchtem Schießpulver von allen sofort wahrgenommen wurde, nicht dass er ‚metallisch‘ oder ‚beißend‘ war. Der Geruch von verbrauchtem Schießpulver hat sich wahrscheinlich viel stärker in unser Gedächtnis eingeprägt als andere vergleichbare Gerüche.“ Er habe den Geruch des Schießpulvers zum ersten Mal nur 7 Minuten nach dem Beginn der Druckentlastung der Apollo-17-Mondlandefähre wahrgenommen, fügte Schmitt hinzu.

Schmitt hatte das, was manche als den ersten aufgezeichneten Fall von außerirdischem Heuschnupfen in der Geschichte bezeichnen. „Es hat ziemlich schnell angefangen“, funkte er vom Mond an die Missionskontrolle in Houston mit verstimmter Stimme. Er reagierte stark auf den Mondstaub, der die Knorpelplatten in den Wänden seiner Nasenkammern anschwellen ließ.

Ein Fläschchen mit Apollo-11-Mondstaub aus einer 1969 gesammelten Mondprobe. (Bildnachweis: Marilee Bailey/Lawrence Berkeley National Laboratory)

Astronautische Hygiene

Der Erdmond ist die erste Adresse für die menschliche Raumfahrt im nächsten Jahrzehnt. Es gibt gewichtige politische, wirtschaftliche und finanzielle Gründe, den Mond zu erforschen und zu besiedeln – vor allem, um Wasser von der Mondoberfläche zu gewinnen und wertvolle Seltenerdmetalle abzubauen, während die irdischen Ressourcen schwinden.

Diejenigen, die bereit sind, diese Ressourcen zu nutzen, sei es als Nationen, als Einzelpersonen, als Privatunternehmen oder als eine Kombination davon, werden zwar Chancen haben, aber auch Gefahren zu bewältigen haben. Eine dieser Gefahren für die Astronauten wird die Exposition gegenüber Mondstaub sein.

Diese Ansicht vertritt John Cain, ein im Vereinigten Königreich ansässiger Experte für die Gefahren der Mondstaubexposition und unabhängiger Berater für das Gesundheitsrisikomanagement von Astronauten. Er war der erste Wissenschaftler, der die wissenschaftliche Disziplin der „Astronautischen Hygiene“ definierte, ein Zweig der Arbeitsmedizin, der darauf abzielt, die Exposition von Astronauten gegenüber Gefahren in einer Umgebung mit geringer Schwerkraft zu kontrollieren.

„Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Beschaffenheit des Mondstaubs bekannt ist, seine Auswirkungen auf den Körper verstanden werden, die Expositionswege identifiziert und die Mittel zur Verringerung der Exposition entwickelt werden“, so Cain gegenüber Space.com. Derartige Arbeiten werden in Großbritannien, den Vereinigten Staaten, der Europäischen Union, China, Russland und Indien durchgeführt.

Diese Nahaufnahme von Mondstaub zeigt eine Verschmelzung von Gestein, Mineralien und Glas, die durch die Hitze von Mikrometeoriteneinschlägen entsteht. (Bildnachweis: David S. McKay/NASA/JSC)

Reaktiver Staub

Cain beobachtete, dass das Mondregolith mehrere Arten von reaktivem Staub enthält, darunter Siliziumdioxid (50 %), Eisen- und Kalziumoxid (45 %) und andere Oxide (5 %). Siliziumdioxid ist hochgiftig; siliziumdioxidhaltige Stäube sind auf der Erde für die Silikose verantwortlich, eine lebensbedrohliche Lungenkrankheit, die vor allem bei Steinmetzen auftritt.

„Wo sich die Staubpartikel in der Lunge ablagern, hängt von der Partikelgröße ab, wobei Nanopartikel tief in die Lunge eindringen“, so Cain. „Die geringere Schwerkraft des Mondes wird einen erheblichen Einfluss darauf haben, wo sich die Nanopartikel ablagern und welche gesundheitlichen Auswirkungen die Exposition hat.“

Auf dem Mond gibt es Möglichkeiten, die gesundheitlichen Auswirkungen der Exposition gegenüber Nanopartikeln in einer Umgebung mit geringer Schwerkraft zu untersuchen, insbesondere die Reaktionen der Lungenzellen, so Cain. Diese Forschung wird zusammen mit anderen Studien zur Staubexposition von unschätzbarem Wert für die Untersuchung der gesundheitlichen Auswirkungen und für die Entwicklung von Maßnahmen zur Kontrolle der Staubexposition auf dem Mond sein, fügte er hinzu. Zu diesen Maßnahmen könnten Raumanzüge mit geringer Staubbindung, magnetische Abscheidetechniken für den Staub oder Partikelstrahlen zur Entfernung von Staub von Oberflächen gehören.

„Die verbesserten Einblicke in die menschliche Physiologie und Medizin, insbesondere die Atmung in einer Umgebung mit geringer Schwerkraft, werden auch auf der Erde von Nutzen sein – zum Beispiel für die Entwicklung neuer Mittel zur Verabreichung von Medikamenten und für die Entwicklung neuer Behandlungsmethoden“, so Cain.

Kosmetikindustrie?

Aufgrund der Zerklüftung und Abrasivität des Mondstaubs könnte das Material den Wissenschaftlern helfen, die Mechanismen und die Behandlung von Hautschäden zu untersuchen.

„Die Untersuchung der zellulären Veränderungen der Haut aufgrund von Staubschäden in einer Umgebung mit geringer Schwerkraft wird für die Kosmetikindustrie von unschätzbarem Wert sein, wenn es um die Entwicklung irdischer Anwendungen zur Behandlung von Hautkrankheiten geht“, sagte Cain.

Der Anstoß, den Mond zu erreichen und erfolgreich Siedlungen auf der Mondoberfläche zu errichten, wird einen größeren Bedarf an Astronauten – und zukünftigen Weltraumtouristen – mit sich bringen, die den harten Bedingungen standhalten können. Dies wird die Entwicklung und Anwendung eines „Exposomen-Screenings“ für die Auswahl von Mondreisenden erforderlich machen, schlug Cain vor. Dabei handelt es sich um eine Sammlung von Umweltfaktoren wie Stress und Ernährung, denen ein Individuum ausgesetzt ist und die sich auf die Gesundheit auswirken können.

Wer über die nötige genetische Ausstattung verfügt, um der Strahlung und den langfristigen Auswirkungen der Mikrogravitation zu widerstehen, wird bei Reisen zum Mond einen großen Vorteil haben, so Cain. „Die für die Monderkundung entwickelte Exposomtechnologie wird viele Auswirkungen auf die Erde haben – zum Beispiel bei der Auswahl des Personals für die Arbeit in extremen Umgebungen.“

Langfristig, so Cain, wird der Vorstoß zur Erkundung des Mondes und zur Errichtung dauerhafter Siedlungen auch die Entwicklung von Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften erfordern, um sicherzustellen, dass die Menschen unter sicheren Bedingungen arbeiten. „Es wird notwendig sein, Schulungs-, Ausbildungs- und Forschungseinrichtungen zu schaffen und Impfstoffe zu entwickeln, um die Möglichkeit des Auftretens pathogener Mikroben in den Siedlungen durch Mutation zu bekämpfen“, sagte er.

„Man kann also sehen, dass der Mond keine Welt ist, in der man schon alles gemacht hat. Es wird viele Möglichkeiten für diejenigen geben, die bereit sind, sich den Herausforderungen zu stellen“, sagte Cain. „Die Erforschung des Mondes wird spannend sein, weil sie die Möglichkeit bietet, die Gesundheitsrisiken zu verstehen, Mittel zu ihrer Erkennung und Kontrolle zu entwickeln und die gewonnenen Erkenntnisse auf der Erde anzuwenden.“

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Abrasiver Fund

Haben Sie schon einmal einen Strandspaziergang gemacht und wären beinahe auf eine kleine Glasscherbe getreten?

Etwas Ähnliches wird wahrscheinlich auch zukünftigen Mondforschern passieren, die auf einem „Strand“ spazieren gehen werden, der hauptsächlich aus zerbrochenen glasartigen Scherben besteht. Sie sind die Überreste von Milliarden Jahren Mikrometeoritenbombardement und fehlender natürlicher Verwitterung in der nahezu vakuumfreien Umgebung des Mondes.

„Diese scharfen Partikel können die Schichten der Raumanzüge durchdringen, Visiere und Messgeräte zerkratzen und mechanische Mechanismen irreparabel verstopfen“, so Ryan Kobrick, Assistenzprofessor für Raumflugbetrieb an der Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona Beach, Florida. Er hat die feinkörnigen Partikel des Mondes untersucht und hat einige Warnungen.

„Künftige Mondforscher werden mit ähnlichen Schwierigkeiten konfrontiert sein wie die Apollo-Astronauten“, sagte Kobrick gegenüber Space.com, „aber in einem größeren Ausmaß, wenn sie länger als ein paar Tage bleiben wollen. Die feinkörnigen Partikel sind für das menschliche Auge unsichtbar und lauern im Mondregolith, der meterdicken oberen Bodenschicht des Mondes.

„Die Ausrüstung muss entweder robust sein, um mit der abrasiven Umgebung zurechtzukommen, oder sie muss nach nur wenigen Ausflügen im Feld entsorgt bzw. wiederverwendet werden. Unabhängig von der Aufgabe, die von der wissenschaftlichen Feldarbeit über die Rohstoffgewinnung bis hin zu Mondfahrzeugfahrten von Touristen reicht, werden die Forscher staubig und schmutzig werden“, rät Kobrick.

„Es gibt verschiedene Technologien, die bei der Staubminderung helfen können, wie glatte Beschichtungen und elektrostatische Vorrichtungen, aber ein nachhaltigerer Ansatz wird darin bestehen, sich auf eine schmutzige Betriebsumgebung vorzubereiten“, fügte er hinzu.

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Parallele zum Kohlebergbau

Kobrick bot eine interessante Analogie zwischen der Erde und dem Problem der gefährlichen Partikel auf dem Mond.

„Der Kohlebergbau weist viele Parallelen zur Mondaktivität auf, und die Gesundheitsrisiken sind sogar vergleichbar“, sagte er. „Als die Apollo-Mondgänger ihre Mondlandefähre wieder betraten, brachten sie Staub aus ihren Anzügen in das bewohnbare Volumen, der ihre Haut und ihre Ausrüstung bedeckte. Sie hatten leichte Reizungen und möglicherweise Heuschnupfensymptome durch die Einnahme.“

Dies sind große Risiken für die menschliche Gesundheit und Leistungsfähigkeit, betonte Kobrick. Außerdem könnte der Mondstaub empfindliche Geräte sowohl innerhalb des Habitats als auch auf der Mondoberfläche beschädigen.

„Feuchte Tücher – oder trockene Tücher, da Wasser ein kostbares Gut sein wird – und Staubsaugen werden für Mondbewohner zur Routine“, sagte Kobrick. „Sicherheitswartung und Rezertifizierung werden angesichts der Staubgefahren kritische Vorgänge sein. Die Ausrüstung vor Ort wird eher wie ein Flugzeug behandelt werden, das für den nächsten Flug umgedreht wird, als wenn man sein Auto für die Nacht abstellt.“

Die dauerhafte Besiedlung des Mondes wird das Paradigma der Reinraumfahrzeuge verändern, vor allem, wenn der Mondbergbau in Schwung kommt. „Die menschliche Erkundung hängt davon ab, dass wir in der Lage sind, fremde Umgebungen zu durchqueren, aber die Anzahl der Zyklen, die die bis zum Ende gebaute Ausrüstung aushalten muss, wird bestimmen, wie weit uns unsere Mondschuhe bringen werden“, schloss Kobrick.

So problematisch ist das Staubproblem, dass sich eine Tagung im nächsten Jahr mit den Auswirkungen von Mondstaub auf die menschliche Erkundung befasst.

Organisiert und geleitet wird der Workshop von Joel Levine, Forschungsprofessor für angewandte Wissenschaft am College of William and Mary in Williamsburg, Virginia, und Berater des NASA Engineering and Safety Center in Hampton, Virginia.

„Eine der wichtigsten unerwarteten Entdeckungen des Apollo-Programms war die schädliche Wirkung von Mondstaub auf die Astronauten und ihre Ausrüstung, einschließlich ihrer Raumanzüge“, sagte Levine gegenüber Space.com.

„Da die USA ein neues Programm namens Artemis ein neues Programm namens Artemis zur Erforschung und Besiedlung des Mondes durch den Menschen beginnen, bei dem die Astronauten immer mehr Zeit auf der Mondoberfläche verbringen und diese erforschen, müssen wir Lösungen finden, um die Auswirkungen von Mondstaub auf die Astronauten und ihre Ausrüstung zu verringern“, sagte er.

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Leonard David is author of the recently released book, „Moon Rush: The New Space Race“ published by National Geographic in May 2019. A longtime writer for Space.com, David has been reporting on the space industry for more than five decades. Follow us on Twitter @Spacedotcom or Facebook.

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