Zum ersten Mal gelangten Gesteins- und Bodenproben von der erdabgewandten Seite des Mondes auf die Erde. Die chinesische Sonde Chang’e 6 brachte 1.935,3 Gramm Material aus dem Südpol-Aitken-Becken zurück. Analysen datieren darin enthaltene Basalte auf rund 2,8 und sogar 4,2 Milliarden Jahre. Die Proben liefern damit erstmals direktes Gesteinsmaterial, um den Vulkanismus und die auffälligen Unterschiede zwischen den beiden Mondhälften zu untersuchen.
Am 25. Juni 2024 setzte die Rückkehrkapsel von Chang’e 6 in der Inneren Mongolei auf. An Bord befand sich Material, das zuvor auf der Mondrückseite gesammelt worden war – ein Gebiet, von dem bis dahin keine direkt entnommenen Proben auf der Erde vorlagen. Die Mission der chinesischen Raumfahrtbehörde CNSA hatte am 2. Juni im Apollo-Krater innerhalb des Südpol-Aitken-Beckens aufgesetzt. Die Rückkehr gelang nach einem mehrstufigen Flug zwischen Mondumlaufbahn und Erde. Der offizielle Bericht zur Landung der Chang’e-6-Rückkehrkapsel dokumentiert den Abschluss der Mission.
Die Bedeutung der Lieferung liegt nicht allein in ihrer Premiere. Frühere Mondmissionen hatten zwar Gestein von der erdzugewandten Seite zurückgebracht, die andere Hemisphäre war aber nur aus der Ferne untersucht worden. Fernerkundung liefert wichtige Hinweise auf Zusammensetzung und Alter einer Oberfläche. Erst Laboranalysen an entnommenem Material erlauben jedoch, Minerale direkt zu untersuchen und ihre Entstehung mit radiometrischen Methoden genauer zu datieren.
Der Landeplatz liegt im Apollo-Krater, einem Einschlagskrater im nordöstlichen Teil des Südpol-Aitken-Beckens. Dieses Becken zählt zu den größten und ältesten bestätigten Einschlagstrukturen des Mondes. Seine Entstehung geht auf einen gewaltigen Impakt in der frühen Geschichte des Erdtrabanten zurück. Der Einschlag legte tiefere Gesteinsschichten frei und prägte eine Region, deren geologische Entwicklung sich von vielen Gebieten der erdzugewandten Seite unterscheidet.
Die Sonde sammelte Material mit einer Kombination aus Schaufel und Bohrer. Die Probenmenge von 1.935,3 Gramm umfasst Mondboden und Gesteinsfragmente, nicht einen einzigen zusammenhängenden Felsbrocken. In den untersuchten Teilproben fanden Wissenschaftler Basaltfragmente, Brekzien und sogenannte Agglutinaten. Brekzien bestehen aus miteinander verkitteten Gesteinsbruchstücken, die häufig bei Einschlägen entstehen. Agglutinaten bilden sich, wenn kleine Teilchen durch Einschlaghitze miteinander verschmelzen.
Ein Teil des Materials stammt direkt aus den örtlichen vulkanischen Gesteinen. Daneben enthält der Boden ausgeworfenes Material aus anderen Bereichen der Umgebung. Die Mischung ist für die Auswertung wichtig: Nicht jedes gefundene Korn muss genau dort entstanden sein, wo die Sonde landete. Die chinesische Akademie der Wissenschaften beschreibt die Proben deshalb als Mischung aus lokalem Basaltmaterial und fremdem, nicht-vulkanischem Auswurfmaterial. In ihrer ersten Übersicht zu den Mondrückseitenproben erläutert sie auch die mineralogische Zusammensetzung.
Eine der zentralen Untersuchungen erschien im November 2024 in Science. Das Team um Zexian Cui bestimmte das Alter eines basaltischen Gesteinsfragments mit zwei Isotopensystemen: Blei-Blei und Rubidium-Strontium. Beide Verfahren ergaben übereinstimmend ein Alter von 2.830 Millionen Jahren mit einer Unsicherheit von fünf Millionen Jahren. Die Forscher ordnen dieses Alter einer vulkanischen Aktivität im Südpol-Aitken-Becken zu.
Basalt entsteht, wenn geschmolzenes Gestein aus dem Inneren eines Himmelskörpers an die Oberfläche gelangt und dort abkühlt. Auf dem Mond bildeten solche Lavaströme weite, dunkle Ebenen, die als Mare bezeichnet werden. Die Datierung des Chang’e-6-Materials belegt, dass auf der Rückseite noch vor vergleichsweise kurzer Zeit in der frühen Mondgeschichte Lava austrat. Die Mondrückseite war somit keineswegs seit ihrer Entstehung geologisch unverändert.
Eine zweite Untersuchung in Nature analysierte zahlreiche weitere Basaltfragmente aus den zurückgebrachten Proben. Die Wissenschaftler bestimmten für die Hauptphase des Vulkanismus ein Alter von 2.807 Millionen Jahren, mit einer Unsicherheit von drei Millionen Jahren. Rund 99 Prozent der in dieser Studie untersuchten Basaltfragmente passten zu dieser rund 2,8 Milliarden Jahre alten Phase. Die Abweichung zur Science-Datierung ist kein zwingender Widerspruch: Die Teams untersuchten unterschiedliche Fragmente und nutzten unterschiedliche Isotopensysteme sowie Auswertungsverfahren.
Die Nature-Studie identifizierte außerdem ein einzelnes, aluminiumreiches Basaltfragment, dessen Alter bei 4.203 Millionen Jahren liegt. Die Unsicherheit beträgt vier Millionen Jahre. Die Forscher bewerten es aufgrund seiner erhaltenen magmatischen Struktur als lokales Produkt der Mondrückseite und nicht als Material, das von der erdzugewandten Seite herübergeschleudert wurde. Zusammen mit dem jüngeren Vulkanismus ergibt sich aus diesen Proben ein zeitlicher Abstand von mindestens 1,4 Milliarden Jahren zwischen zwei nachgewiesenen vulkanischen Episoden.
Wer den Mond mit bloßem Auge betrachtet, erkennt auf seiner sichtbaren Seite dunkle Flächen, die sich deutlich vom helleren Hochland abheben. Diese Maria sind große Ebenen aus erstarrter Lava. Auf der Rückseite sind solche dunklen Ebenen viel seltener. Die Nature-Arbeit beziffert ihren Anteil an der gesamten Mondoberfläche auf ungefähr 18 Prozent; davon liegen etwa 93 Prozent auf der erdzugewandten und nur rund sieben Prozent auf der Rückseite.
Die ungleiche Verteilung gehört zu den auffälligsten geologischen Besonderheiten des Mondes. Auch die Krustendicke, die Höhenverteilung und die Konzentration bestimmter chemischer Elemente unterscheiden sich zwischen den Hemisphären. Als wichtige Erklärungsfaktoren gelten die unterschiedliche Dicke der Kruste und die Verteilung radioaktiver, Wärme erzeugender Elemente im Mondinneren. Eine dickere Kruste kann aufsteigendem Magma den Weg zur Oberfläche erschweren. Die großen Einschläge und die anschließende Entwicklung des Mondmantels beeinflussten diese Bedingungen zusätzlich.
Der Landeplatz von Chang’e 6 liegt allerdings in einer besonderen Region: Im Südpol-Aitken-Becken ist die Mondkruste besonders dünn. Das Becken ist daher kein beliebiger Durchschnittsstandort für die gesamte Rückseite. Gerade diese geologische Besonderheit macht die Proben wissenschaftlich interessant, begrenzt aber zugleich, wie weit sich ihre Ergebnisse auf andere Gebiete übertragen lassen. Eine einzelne Landestelle kann die Vielfalt der gesamten Mondhälfte nicht vollständig abbilden.
Die neue Altersmessung hilft außerdem, eine Methode zur Datierung entfernter Mondregionen zu überprüfen. Wo keine Proben vorliegen, schätzen Forscher das Alter einer Oberfläche häufig anhand der Zahl und Größe ihrer Einschlagskrater. Je länger eine Fläche dem Bombardement ausgesetzt war, desto mehr Krater sammeln sich normalerweise an. Solche Modelle benötigen jedoch Gesteinsproben mit bekanntem Alter als feste Vergleichspunkte. Die Chang’e-6-Datierung liefert einen solchen Anker für die Rückseite und hilft, die Kraterchronologie des Mondes genauer zu kalibrieren.
Weitere Analysen der Chang’e-6-Basalte untersuchten Wasser in winzigen Mineralen und eingeschlossenen Schmelztröpfchen. Eine 2025 in Nature veröffentlichte Studie wertete dafür Apatit und Schmelzeinschlüsse aus den Basalten aus. Aus diesen Messungen schätzte das Team den Wassergehalt des ursprünglichen Magmas auf 15 bis 168 Mikrogramm pro Gramm. Für die Mantelquelle, aus der das Magma hervorging, errechneten die Forscher einen deutlich niedrigeren Wert von ungefähr 1 bis 1,5 Mikrogramm Wasser pro Gramm.
Nach Einschätzung der Autoren ist die Mantelquelle unter dem untersuchten Gebiet damit möglicherweise trockener als die entsprechenden Quellen auf der Mondvorderseite. Der Vergleich deutet auf eine weitere Form der hemisphärischen Zweiteilung hin: Die Unterschiede zwischen den Mondhälften könnten nicht nur die sichtbare Oberfläche und die Kruste betreffen, sondern auch die Verteilung flüchtiger Bestandteile im Inneren. Die Messung beschreibt allerdings die Quelle des untersuchten Basalts und nicht den gesamten Mondmantel. Zudem beruht sie auf Material von einem einzigen Landegebiet.
Wasser spielt bei der Entstehung und Entwicklung von Magma eine wichtige Rolle, weil es Schmelztemperaturen und das Verhalten von Gestein beeinflussen kann. Unterschiede im Wassergehalt könnten deshalb mitbestimmen, wann und unter welchen Bedingungen Mantelmaterial aufschmilzt. Die Forscher sehen darin einen Hinweis, der Modelle zur Entstehung des Mondes und zur späteren thermischen Entwicklung einschränken kann. Eine einfache Erklärung der gesamten Mond-Asymmetrie ergibt sich daraus noch nicht.
Die Rückseitenproben ergänzen eine lange Reihe früherer Mondlieferungen. Die Apollo-Missionen der USA, sowjetische Luna-Sonden und Chinas Chang’e-5 brachten zuvor Material von der erdzugewandten Seite zur Erde. Zusammengenommen bilden solche Proben eine Grundlage, um Messungen von Raumsonden mit tatsächlich untersuchtem Gestein zu vergleichen. Chang’e 6 erweitert diese Grundlage erstmals um Material aus dem Südpol-Aitken-Becken.
Die Bedeutung reicht deshalb über die Frage hinaus, wann dort Lava floss. Gesteinsproben können Aufschluss über die Zusammensetzung des Mantels, die Entwicklung der Kruste und die Folgen großer Einschläge geben. Das Südpol-Aitken-Becken entstand in einer sehr frühen Phase der Mondgeschichte. Sein Aufbau könnte Material aus tieferen Schichten enthalten oder freigelegt haben, das an anderen Orten verborgen blieb. Die Brekzien und nicht-basaltischen Fragmente könnten deshalb zusätzliche Informationen über die Hochlandkruste und die Einschlagsgeschichte liefern.
Auch andere geologische Beobachtungen zeigen, wie unterschiedlich die Prozesse auf dem Mond abliefen. So untersuchen Forscher etwa die unterirdischen Hohlräume in ehemaligen Lavaebenen, während Kartierungen von Bruchzonen Hinweise auf die langfristige Abkühlung und Schrumpfung des Mondes liefern. Solche Befunde ergänzen die Laboranalysen, beantworten aber jeweils andere Fragen zur Entwicklung des Erdtrabanten.
Die Chang’e-6-Proben verändern damit die Datengrundlage für eine Hälfte des Mondes, die zuvor nur aus der Ferne geologisch charakterisiert werden konnte. Sie zeigen, dass dort sowohl sehr alter als auch deutlich jüngerer Basalt vorkommt und dass die untersuchte Mantelquelle wenig Wasser enthielt. Künftige Missionen zu weiteren Regionen der Rückseite müssen klären, welche dieser Eigenschaften für große Teile der Hemisphäre gelten und welche Besonderheiten des Südpol-Aitken-Beckens bleiben.
Titelbild: Von Chang'e 6 gesammelter Mondboden, ausgestellt auf der Expo 2025 von Nat4Eben, Wikimedia Commons, Lizenz CC BY-SA 4.0, zugeschnitten.
Qian W. L. Zhang et al., Nature, „Lunar farside volcanism 2.8 billion years ago from Chang’e-6 basalts“; doi:10.1038/s41586-024-08382-0
Zexian Cui et al., Science, „A sample of the Moon's far side retrieved by Chang'e-6 contains 2.83-billion-year-old basalt“; doi:10.1126/science.adt1093
Huicun He et al., Nature, „Water abundance in the lunar farside mantle“; doi:10.1038/s41586-025-08870-x
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