WARUM DER MOND SO LANGE NACHKLINGT

Wenn eine seismische Welle den Mond durchquert, endet das Signal nicht, sobald die Welle vorbeigezogen ist. Ihr folgt ein langer Schweif von Schwingungen, die Coda, die auf dem Mond bis zu Stunden andauern kann – etwa zehnmal länger als nach einem Erdbeben ähnlicher Magnitude. Für die Seismologie ist dieses Nachklingen ein Ärgernis: Es übertönt die schwachen Echos aus tiefen Schichten, die das Innere des Mondes verraten würden.

Die übliche Erklärung war bisher eine starke Streuung in einer zusammenhängenden, aber sehr ungleichmäßigen Kruste, in der Wellen von Ort zu Ort schneller und langsamer werden. Doch Simulationen, die auf dieser Idee beruhten, stimmten nie mit den Aufzeichnungen der Apollo-Seismometer überein, selbst mit unrealistisch starken Kontrasten.

Risse, die nie verheilen

Lei Zhang, Jinhai Zhang und ihr Team an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der China University of Geosciences schlugen einen anderen Weg ein. Die Mondkruste ist von Brüchen durchsetzt: Milliarden Jahre von Einschlägen, das Schrumpfen des abkühlenden Mondes, Gezeiten und vulkanische Aktivität haben sie zerbrochen. Auf der Erde heilen Flüssigkeiten solche Risse allmählich. Auf dem Mond gibt es kein Wasser, also bleiben sie offen – leere Spalten im Gestein.

Ein leerer Riss ist für eine seismische Welle eine Wand: Nichts gelangt hindurch. Die Welle wird vollständig reflektiert. Bei einem einzelnen Riss prallt ein Teil der Wellenfront zurück, während der Rest ungestört weiterläuft. Bei vielen Rissen wird die Wellenfront zersplittert und gefangen, sie prallt von Riss zu Riss, und ihre Energie entweicht nur langsam. Nach Angaben der Forschenden war die Wirkung solcher Brüche auf seismische Wellen im Mond noch nie berücksichtigt worden.

Apollos Abstürze, nachgespielt

Um die Idee zu prüfen, baute das Team einen zweidimensionalen Schnitt durch die Mondkruste, 1.000 Kilometer lang und 80 Kilometer tief, übersät mit leeren Rissen in ansonsten gleichförmigem Gestein. Es verglich dessen Vorhersagen mit 13 Apollo-Aufzeichnungen künstlicher Einschläge: ausgebrannte Raketenstufen und Aufstiegsstufen von Mondlandefähren, die absichtlich auf den Mond gestürzt wurden und deren Einschlagzeit und -ort genau bekannt sind. Die Stationen lagen 2,2 bis 28 Bogengrad entfernt.

Statt einzelner Zacken verglich das Team die gesamte Einhüllende jeder Aufzeichnung – ein allmählicher Anstieg, ein breites Maximum, ein langsames Abklingen, das sie wie eine Spindel aussehen lässt.

Auf den ersten Kilometer kommt es an

• Sind die Risse im obersten Kilometer konzentriert, stimmen die simulierten Einhüllenden mit zwei repräsentativen Aufzeichnungen mit Korrelationen von 0,90 und 0,92 überein. Eine Kruste ohne Risse ergibt nur 0,56 und 0,47.
• Zwölf Varianten zeigen genau, wo die Risse zählen. Risse bis in 12 Kilometer Tiefe passen ebenso gut wie Risse, die auf den obersten Kilometer beschränkt sind. Doch entfernt man die Risse aus diesem obersten Kilometer, fällt die Korrelation auf 0,4–0,5.
• Auch die Risslänge spielt eine Rolle: 0,5 bis 2 Kilometer ergeben Korrelationen um 0,85, 4 Kilometer nur etwa 0,64. Die Risse sind wahrscheinlich 2 Kilometer lang oder kürzer.
• Nur eine recht hohe Rissdichte gibt sowohl die Form der Coda wieder als auch, wie schnell sie abklingt: Der oberste Kilometer ist stark zerklüftet.

Im Referenzmodell sind 85 Risse, jeder einen Kilometer lang und 250 Meter breit, über den obersten Kilometer des Schnitts verteilt.

Ein Werkzeug für das, was kommt

Radargeräte auf Mondrovern haben Schichten bis in einige hundert Meter Tiefe erkundet, typischerweise weniger als 500. Das seismische Ergebnis reicht tiefer, bis etwa einen Kilometer, und verbindet Radar, Schwerefeldkarten und Messungen an zur Erde gebrachten Proben.

Das Modell ließe sich auch umkehren: Sind die Risse erst bekannt, könnte man ihr Nachklingen berechnen und von den Aufzeichnungen abziehen, sodass die schwachen Reflexionen aus dem tiefen Inneren des Mondes durchscheinen. Künftige Seismometer – auf Chang’e-7, nahe dem Südpol mit Artemis und auf der Rückseite – könnten das prüfen. Und Projekte, die Gravitationswellen nachweisen wollen, indem sie dem Mond lauschen, müssen womöglich dieselben Risse berücksichtigen.

Das Modell ist noch eine Vereinfachung: ein zweidimensionaler Schnitt, gleichförmiges Gestein rund um die Risse. Echte Risse sind dreidimensional, kreuzen sich und liegen in einer Kruste, die ebenfalls ungleichmäßig ist. Doch schon diese nackte Version klingt nach wie der Mond.