Was passiert mit Glas, wenn man es mehrere Milliarden Jahre lang im Freien liegen lässt – aber ohne Luft und ohne fließendes Wasser? Die Antworten auf diese Frage können wir finden, indem wir natürlich vorkommendes Glas auf dem Mond untersuchen. Dem Mond fehlen möglicherweise die Eigenschaften, die normalerweise Gesteine oder Mineralien auf der Erde verwittern, aber das macht diesen Satelliten nicht völlig träge. Wissenschaftler wissen, dass eine längere Strahlenexposition Spuren auf der Mondoberfläche hinterlässt. Laut einem Team, das seine Arbeit gestern in der Zeitschrift veröffentlichte, deuten neue Forschungsergebnisse darauf hin, dass die Strahlungseinwirkung über Milliarden von Jahren das Glas des Mondes offenbar steifer macht Wissenschaftliche Fortschritte.
Der Mond scheint vielleicht kein offensichtlicher Ort zu sein, um Glas zu finden. Aber winzige Glassphäroide durchlöchern den Mondregolith – die Gesteinssplitter und anderes loses Material, das die Mondoberfläche bedeckt. Meteoroiden bombardieren das Material ständig und schmelzen es zu winzigen Pfützen. Wenn der geschmolzene Regolith wieder abkühlt, härtet er zu Glas aus.
Glas ist mehr als nur eine spröde, transparente Folie, die Fenster füllt. Wissenschaftler stellen sich das Material als das Ergebnis einer schnellen Abkühlung einer Flüssigkeit vor, ohne dass sich ihre Atome in eine definierte Struktur einfügen. Aus diesem Grund betrachten manche Wissenschaftler Glas als einen eigenständigen Aggregatzustand.
Und selbst auf dem Mond überdauert Glas nicht Milliarden von Jahren, ohne sich zu verändern. Obwohl der Mond weder eine nennenswerte Atmosphäre noch fließendes Wasser hat, um Gestein zu verwittern wie auf der Erde, ist die Mondoberfläche etwas ausgesetzt, das die Atmosphäre unseres Planeten normalerweise herausfiltert: Strahlung. Ein Teil davon kommt von der Sonne; Einige kommen als kosmische Strahlung aus weitaus größeren Entfernungen. Unabhängig davon verstärken sich die Auswirkungen über Milliarden von Jahren der Strahlenexposition.
[Related: Why do all these countries want to go to the moon right now?]
Geologen interessieren sich seit langem dafür, wie sich Strahlung auf den Mondboden auswirkt. „Darüber wurde 20 Jahre lang geforscht“, sagt Rhonda Stroud, Weltraummaterialwissenschaftlerin an der Arizona State University, die nicht Autorin des Artikels war.
Ein Großteil dieser Arbeit bestand darin, Faksimiles des Mondbodens, die sie Simulanzien nennen, zu entnehmen und sie der Strahlung auszusetzen. Laut Stroud ist es jedoch schwierig zu wissen, wie einzelne Materialpartikel reagieren, wenn man große Mengen davon untersucht. „Jedes kleine Staubpartikel oder jede kleine Glaskugel könnte ihr eigenes Alter haben“, sagt sie. „Dinge werden begraben, der Regolith wirbelt.“
Glücklicherweise verfügen wir auf der Erde über echtes Mondglas in Form von Proben, die wir von unseren Mondmissionen erhalten haben. Zuletzt können wir uns bei der Mondlandefähre Chang’e-5 bedanken, die im November 2020 in China startete und weniger als einen Monat später mit 3,81 Pfund an Souvenirs zurückkehrte. Chang’e-5 landete nicht an einem Ort auf dem Mond, der viele Einschläge erlebte – und kehrte daher nicht mit viel Glas zurück.
Dennoch gelang es den Wissenschaftlern, die Beute von Chang’e-5 zu sichten und fünf bestimmte glasartige Partikel herauszusuchen, von denen jedes etwa die Breite eines menschlichen Haares hatte. Sie untersuchten jedes Teilchen unter einem Transmissionselektronenmikroskop und konnten so seine Struktur erkennen. Sie drückten außerdem eine winzige Sonde auf jedes Partikel und konnten so testen, wie das Partikel auf Kraft reagierte.
Anschließend „verjüngten“ die Forscher die Proben, indem sie sie auf Flüssigkeitstemperaturen von über 1100 Grad Fahrenheit erhitzten, sie dort eine Minute lang hielten und sie dann abkühlen ließen. Sie wiederholten die gleichen Mikroskop- und Drucktests an den gealterten Proben und konnten so abschätzen, wie die Partikel aussahen, bevor sie Hunderte von Millionen oder sogar Milliarden von Jahren auf dem Mond saßen und sich in der Strahlung sonnten.
[Related: We finally have a detailed map of water on the moon]
Sie stellten eine drastische Veränderung einer Eigenschaft fest, die Ingenieure als Elastizitätsmodul bezeichnen und die misst, wie viel Kraft ein Material benötigt, um sich um eine bestimmte Länge zu verformen. Wenn die verjüngten Proben der Forscher ein Hinweis wären, dann erhöhte eine längere Strahlenexposition den Elastizitätsmodul des Glases um bis zu 70 Prozent. Auf subtilere Weise schien die Strahlung auch einige der Partikel zu härten.
Diese Entdeckungen können Wissenschaftlern dabei helfen, herauszufinden, wie sich Glas im Boden anderer Welten verhält. Und das Forschungsteam glaubt, dass es uns auch helfen könnte, das Verhalten des Glases zu verstehen, das wir auf der Erde herstellen.
Tatsächlich glauben die Autoren dieser Arbeit, dass Mondglas selbst bald nützlich sein könnte. In ihrer Vision könnten Mondbewohner den Mondregolith nach Glasperlen durchsuchen und diese in Glas umwandeln, das sie für ihre Fahrzeuge oder Lebensräume verwenden könnten.
Es ist jedoch nicht jedem klar, wie eine solche Forschung bereits in die tatsächliche Infrastruktur umgesetzt wird. „Die Strahlung des Sonnenwinds ist sehr, sehr langsam“, sagt Stroud. „Ich glaube nicht, dass wir Materialien brauchen, die Milliarden von Jahren überstehen.“
