Auf dem Mond gibt es tiefe Öffnungen, deren schwarze Innenräume sich selbst aus dem Orbit nur begrenzt untersuchen lassen. Eine dieser Strukturen soll nun mit einem neuen NASA-Projekt direkt vermessen werden. Die mögliche Mondhöhle unter dem Marius Hills Pit könnte Teil eines großen Lavatunnels sein, der sich horizontal unter der Oberfläche fortsetzt. GIMLI soll mit Bodenradar, seismischen Messungen und Gravimetrie klären, ob hinter der sichtbaren Öffnung tatsächlich ein ausgedehnter Hohlraum verborgen liegt.
Das Marius Hills Pit liegt in einer vulkanisch geprägten Region auf der erdzugewandten Seite des Mondes. Aus dem Orbit erscheint es als annähernd rundliche Öffnung mit steilen Wänden und einem tief verschatteten Inneren. Solche Gruben sind für Planetengeologen besonders interessant, weil sie als eingestürzte Abschnitte ehemaliger Lavaröhren gedeutet werden. Auf der jungen Erde entstehen vergleichbare Hohlräume, wenn die Oberfläche eines Lavastroms erstarrt, während im Inneren weiterhin flüssige Lava abfließt. Zurück bleibt ein Tunnel. Ob der gleiche Prozess auf dem Mond kilometerlange Hohlräume hinterlassen hat, lässt sich aus Orbitalbildern allein nicht sicher bestimmen. Genau diese Lücke soll das Projekt Geophysical Instruments for Marius Lunar pit Investigation, kurz GIMLI, schließen. Die NASA hat die Untersuchung im Rahmen ihres Programms Payloads and Research Investigations on the Surface of the Moon ausgewählt.
Eine Mondhöhle ist aus zwei Gründen ungewöhnlich wertvoll. Wissenschaftlich könnte sie Material und Strukturen bewahren, die an der offenen Oberfläche über Milliarden Jahre durch Mikrometeoriten, Sonnenwind und kosmische Strahlung verändert wurden. Für spätere bemannte Missionen kommt ein zweiter Aspekt hinzu. Die Mondoberfläche besitzt keine dichte Atmosphäre und kein globales Magnetfeld wie die Erde. Astronauten und technische Systeme sind deshalb energiereicher Strahlung und großen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Meterdickes Gestein über einem natürlichen Tunnel könnte einen Teil dieser Belastungen abschirmen. Die NASA betont deshalb ausdrücklich den möglichen Nutzen solcher Hohlräume für eine langfristige Präsenz auf dem Mond. Dass der Mondboden selbst wichtige Informationen konserviert, zeigt auch der 18 Meter große Einschlagkrater einer Raketenstufe, bei dem Material aus unterschiedlichen Tiefen sichtbar wurde.
Die sichtbare Grube ist nur der Einstieg in die eigentliche wissenschaftliche Frage. Orbitalaufnahmen zeigen zwar den Schacht und Teile seiner Innenwände, verraten aber nicht zuverlässig, ob sich seitlich ein größerer Hohlraum anschließt. Das vom Planetary Science Institute geleitete GIMLI-Projekt soll deshalb erstmals mehrere geophysikalische Methoden unmittelbar am Standort kombinieren. Eine mögliche Lavaröhre würde sich durch Unterschiede in der Dichte, durch Radarreflexionen und durch die Ausbreitung künstlich erzeugter seismischer Wellen bemerkbar machen. Stimmen die Signale verschiedener Instrumente überein, lässt sich die Form eines unterirdischen Hohlraums erheblich zuverlässiger bestimmen als mit einer einzelnen Messmethode. Zusätzlich sollen Kameras die Oberfläche und die Wände der Grube dokumentieren.
Ein Bodenradar sendet elektromagnetische Impulse in den Untergrund. Treffen die Wellen auf Grenzflächen zwischen Materialien mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften, wird ein Teil der Energie zurückgeworfen. Auf der Erde lässt sich damit beispielsweise Eis, Sedimentschichten, Leitungen oder Hohlräume erkennen. Auf dem Mond fehlen flüssiges Wasser und viele störende Bodenbestandteile, doch die trockene Regolithschicht und vulkanisches Gestein erzeugen eigene Herausforderungen. GIMLI soll die Radardaten deshalb mit weiteren Messungen verbinden. Besonders interessant ist die Frage, wie weit ein möglicher Tunnel vom sichtbaren Marius Hills Pit wegführt und welchen Querschnitt er besitzt. Ein großer Hohlraum würde nicht nur die Entstehungsgeschichte des lokalen Vulkanismus erklären helfen, sondern auch zeigen, ob einzelne Mondgruben tatsächlich Zugang zu ausgedehnten unterirdischen Systemen bieten.
Eine zweite Methode nutzt seismische Wellen. Schon die Apollo-Astronauten führten auf dem Mond aktive seismische Experimente durch. Dabei wurden künstlich erzeugte Erschütterungen aufgezeichnet, um die Eigenschaften des Untergrunds zu bestimmen. GIMLI greift dieses Prinzip wieder auf und kombiniert es mit moderner Instrumentierung. Seismische Wellen breiten sich in massivem Gestein anders aus als in lockeren Schichten und können Hohlräume umlaufen oder an ihren Begrenzungen reflektiert werden. Das Planetary Science Institute sieht gerade in der Kombination aus aktiver Seismik, Bodenradar und Schwerefeldmessung den entscheidenden Fortschritt. Die NASA beschreibt GIMLI als Untersuchung, die ausdrücklich klären soll, ob die Grube in eine große unterirdische Lavaröhre führt.
Auch die Gravimetrie liefert Hinweise, obwohl eine Mondhöhle selbst keine Strahlung oder charakteristische chemische Signatur aussendet. Ein unterirdischer Hohlraum enthält weniger Masse als derselbe Raum, wenn er vollständig mit Basalt gefüllt wäre. Diese fehlende Masse verändert das lokale Schwerefeld geringfügig. Ein empfindliches Gravimeter kann solche Abweichungen erfassen. Auf der Erde werden gravimetrische Verfahren unter anderem eingesetzt, um geologische Strukturen, unterirdische Hohlräume oder Lagerstätten zu untersuchen. Auf dem Mond könnte die Messung helfen, Radar- und Seismikdaten unabhängig zu überprüfen. Zeigen alle drei Methoden an derselben Stelle eine Anomalie, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass dort tatsächlich ein Hohlraum liegt. Wie groß und geometrisch komplex ein möglicher Lavatunnel ist, bleibt bis zu den Messungen offen. Gerade diese Unsicherheit macht den Standort wissenschaftlich interessant.
Für eine langfristige Mondbasis ist Abschirmung ein grundlegendes Problem. Auf der Erde fängt die Atmosphäre einen großen Teil energiereicher Teilchen ab, während das Magnetfeld geladene Partikel umlenkt. Der Mond besitzt diesen Schutz nicht in vergleichbarer Form. Dazu kommen starke Temperaturunterschiede zwischen beleuchteten und unbeleuchteten Oberflächen. Ein natürlicher Hohlraum unter mehreren Metern Gestein könnte beide Belastungen verringern, ohne dass zunächst große Mengen Abschirmmaterial transportiert werden müssten. Das bedeutet noch nicht, dass das Marius Hills Pit als Standort für eine bewohnte Basis vorgesehen ist. Die NASA betrachtet die Untersuchung vielmehr als Grundlagenarbeit für die Bewertung solcher Strukturen. Andere Mondprojekte verfolgen parallel technische Wege für Transport und Infrastruktur, darunter Konzepte für eine robotische Infrastruktur auf der Mondoberfläche. Natürliche Hohlräume wären dazu eine geologische Ergänzung.
Selbst ohne spätere Nutzung durch Menschen wäre ein bestätigter Lavatunnel wissenschaftlich bedeutsam. Die Mondoberfläche ist von großen basaltischen Ebenen geprägt, die durch gewaltige vulkanische Ausbrüche in der frühen Geschichte des Erdtrabanten entstanden. Lava konnte über große Entfernungen fließen und dabei Strukturen bilden, die auf späteren Bildern wie Rillen, Einsturzketten oder Gruben erscheinen. Ein zugänglicher Hohlraum würde ermöglichen, die Geometrie solcher alten Lavaströme direkt zu untersuchen. Seine Wände könnten zudem Gesteinsschichten freilegen, die an der Oberfläche nicht sichtbar sind. Kameras, Radar, Seismik und Gravimetrie würden dadurch gemeinsam nicht nur nach einem leeren Raum suchen, sondern ein dreidimensionales Bild eines bislang verborgenen Abschnitts der Mondkruste liefern.
Die wichtigste Einschränkung liegt im Status des Projekts. Die NASA hat GIMLI ausgewählt, aber der mögliche Lavatunnel ist noch nicht bestätigt. Orbitaldaten liefern Hinweise darauf, dass Mondgruben Zugänge zu Hohlräumen sein können, doch erst Messungen vor Ort können die Größe und räumliche Fortsetzung am Marius Hills Pit bestimmen. Deshalb wäre es verfrüht, von einer bereits entdeckten großen Mondhöhle zu sprechen. Genau diese Ungewissheit soll die Mission auflösen. Die Kombination mehrerer Messverfahren erlaubt eine deutlich robustere Prüfung als Bilder allein. Sollte sich unter dem sichtbaren Schacht tatsächlich ein ausgedehnter Hohlraum befinden, würde GIMLI zugleich eine geologische Struktur aus der vulkanischen Vergangenheit des Mondes kartieren und eine Umgebung charakterisieren, die für spätere Aufenthalte von Menschen ungewöhnlich gut geschützt sein könnte.