Mondgestein: Wie eine seltene Probe der Raumfahrt helfen kann

Eine Mondprobe aus der Raumfahrtausstellung Morgenröthe-Rautenkranz eröffnet neue Möglichkeiten für die Forschung. Freiberger Wissenschaftler haben ihre winzigen Körner durchleuchtet und stark vergrößert nachgebaut. Die Erkenntnisse könnten dabei helfen, künftig Sauerstoff auf dem Mond zu gewinnen.

Als Dr. Ralf Ditscherlein mit Kollegen die Raumfahrtausstellung Morgenröthe-Rautenkranz besuchte, wurde er auf ein besonderes Ausstellungsstück aufmerksam. Er entdeckte echtes Mondmaterial aus der sowjetischen Mission Luna 16. Daraus entstand eine Zusammenarbeit, die ein Stück Raumfahrtgeschichte mit der Vorbereitung künftiger Mondmissionen verbindet.

Ein Team der TU Bergakademie Freiberg untersuchte die ausgeliehene Probe mit einem Röntgen-Computertomografen, kurz CT. Dabei wurden Form und Größe von rund 150 einzelnen Körnern erfasst. Aus den Daten entstanden außerdem Modelle aus dem 3D-Drucker – in bis zu 1500-facher Vergrößerung.

Warum das Mondgestein aus Morgenröthe-Rautenkranz so selten ist

Die untersuchte Probe stammt aus einem Bohrkern der Mission Luna 16. Die unbemannte sowjetische Sonde brachte im September 1970 rund 101 Gramm Mondmaterial zur Erde. Das entspricht ungefähr dem Gewicht einer üblichen Tafel Schokolade – und war die gesamte Ausbeute dieser Mission. Luna 16 gelang damit erstmals die automatische Rückführung einer Probe vom Mond.

Ein kleiner Teil dieses Materials befindet sich in der Raumfahrtausstellung Morgenröthe-Rautenkranz. Für Forschende ist der Zugang zu solchen Originalproben besonders wertvoll. Echtes Mondmaterial steht nur in begrenzten Mengen für Untersuchungen zur Verfügung.

Deshalb arbeiten viele Forschungsteams mit künstlich hergestellten Ersatzmaterialien. Diese sogenannten Simulantien sollen die Eigenschaften des Mondbodens möglichst gut nachahmen. Wie zuverlässig sie das tun, lässt sich aber nur beurteilen, wenn Vergleichsdaten vom Original vorliegen.

Was Regolith ist – einfach erklärt

Der Fachbegriff für das untersuchte Material lautet Regolith. Auf dem Mond bezeichnet er die lockere Schicht aus Staub, kleinen Körnern und Gesteinsbruchstücken, die den festen Untergrund bedeckt.

Diese Schicht entstand über Milliarden Jahre unter anderem durch Einschläge, die Gestein zertrümmerten und immer weiter zerkleinerten. Weil auf dem Mond Wind und fließendes Wasser fehlen, werden die Körner dort nicht wie auf der Erde abgeschliffen. Viele behalten scharfe Kanten. Wer Mondboden transportieren oder verarbeiten möchte, muss wissen, wie sich dieses Material verhält.

Ein Blick in die Probe, ohne das Gefäß zu öffnen

Für die Untersuchung nutzten die Freiberger Forschenden ein Verfahren, das viele aus der Medizin kennen. Ein CT erstellt mithilfe von Röntgenstrahlen Aufnahmen aus unterschiedlichen Richtungen. Daraus lässt sich am Computer ein räumliches Bild berechnen. Das wertvolle Mondmaterial konnte in seinem Gefäß bleiben.

„Für die Untersuchung mit dem CT muss die Probe nicht aus dem Probengefäß entnommen werden. Das war entscheidend dafür, dass wir sie überhaupt ausleihen konnten“, erklärt Ditscherlein vom Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik. Die Untersuchung liefert Informationen über die Größe und Form der Körner. Welche chemischen Bestandteile in welchen Mengen enthalten sind, lässt sich mit diesem CT-Scan dagegen nicht unmittelbar bestimmen.

Warum die Form winziger Mondkörner wichtig ist

Was zunächst nach einem Detail klingt, hat praktische Folgen. Eine anschauliche Vorstellung liefert der Vergleich von Murmeln und kantigem Splitt. Beide lassen sich ausschütten, lagern sich aber unterschiedlich aneinander und können sich unterschiedlich stark verhaken.

Ähnlich beeinflussen Größe und Form der Regolithkörner, wie das Material rieselt, welche Hohlräume zwischen den Teilchen bleiben und wie gut es sich verdichten lässt. Das müssen Forschende berücksichtigen, wenn sie Anlagen entwickeln, die später Mondboden verarbeiten sollen.

Gemeinsam mit der Universität Ulm und der TU Braunschweig will das Freiberger Team die gemessenen Formen auswerten und daraus realistischere Computermodelle sowie bessere Ersatzmaterialien ableiten. Die seltene Probe kann helfen zu überprüfen, wie nah Versuche auf der Erde an den tatsächlichen Eigenschaften des Mondbodens liegen.

Sauerstoff aus Mondboden: Wofür die Forschung gebraucht wird

Ein mögliches Einsatzgebiet klingt zunächst überraschend – die Gewinnung von Sauerstoff auf dem Mond. Tatsächlich enthält Mondregolith viel Sauerstoff. Dieser steckt jedoch chemisch gebunden in Mineralien und glasartigen Bestandteilen. Um ihn zum Atmen oder für Raumfahrtantriebe nutzen zu können, muss er zunächst aus diesen Verbindungen gelöst werden.

An solchen Verfahren wird unter anderem in den Projekten MiniRoxy und Roxy-Pathfinder gearbeitet, an denen die TU Bergakademie Freiberg beteiligt ist. Der zugrunde liegende ROXY-Prozess wurde nach Angaben des Fraunhofer IFAM bereits im Labormaßstab erfolgreich erprobt. Eine kompakte Versuchsanlage soll die Technologie perspektivisch auch auf dem Mond demonstrieren. Vor Ort gewonnener Sauerstoff könnte den aufwendigen Nachschub von der Erde verringern.

Im Vogtland wird winziger Mondstaub sichtbar

Auch Besucher der Raumfahrtausstellung Morgenröthe-Rautenkranz profitieren von der Zusammenarbeit. Die aus den Messdaten gedruckten Modelle zeigen die Körner bis zu 1500-fach vergrößert. So werden Formen erkennbar, die am Original mit bloßem Auge kaum zu erfassen sind. Bereits im Sommer 2026 brachte das Team die ausgeliehene Probe gemeinsam mit einem 3D-Modell zurück in die Ausstellung. Weitere Analysen sind geplant. Die gewonnenen Daten sollen frei zugänglich veröffentlicht werden, damit andere Forschungsteams damit arbeiten und ihre Ersatzmaterialien überprüfen können.