Im Mare Tranquillitatis führt ein Schacht nach einer 2024 veröffentlichten Radarstudie in eine Mondhöhle. Dafür wertete das Team um Leonardo Carrer und Lorenzo Bruzzone Messdaten aus, die der Lunar Reconnaissance Orbiter bereits 2010 aufgenommen hatte. Modelle verorten den Gang 130 bis 170 Meter unter der Mondoberfläche und schätzen seine Länge auf 30 bis 80 Meter; eine Pressemitteilung nennt rund 45 Meter Breite. Begehbar bedeutet hier, dass der Hohlraum vom Schacht aus zugänglich erscheint; der Gang selbst wurde bislang weder betreten noch optisch aufgenommen.
Am Mare Tranquillitatis betrifft der Befund eine steilwandige Öffnung in einer dunklen, basaltischen Ebene auf der erdzugewandten Seite des Mondes. Bekannt ist das Gebiet vielen durch die erste bemannte Mondlandung; der untersuchte Schacht liegt jedoch nicht am Apollo-11-Landeplatz. Für die Planetengeologie ist diese Mondhöhle deshalb interessant. Ihre Bedeutung ergibt sich aus einer Frage, die Planetengeologen seit Jahrzehnten beschäftigt: Können die dunklen Öffnungen auf dem Mond zu großen Hohlräumen führen, die unter der Oberfläche verborgen bleiben?
Erstmals fällt die Antwort für diesen Standort positiv aus. Carrer, Bruzzone und ihre fünf Mitautoren werteten Radarbilder des Mare Tranquillitatis Pit aus und fanden Reflexionen, die sich am besten durch einen seitlich anschließenden Hohlraum erklären lassen. Die Studie in Nature Astronomy erschien am 15. Juli 2024. Sie beschreibt einen zugänglichen Höhlengang, dessen vollständige Ausdehnung bislang unbekannt ist.
Die entscheidenden Messwerte stammen nicht aus einer neuen Mondmission. An Bord des Lunar Reconnaissance Orbiter hatte das Mini-RF-Instrument den Schacht bereits 2010 mit Radar erfasst. Damals ging es zunächst um die Beobachtung der Oberflächenstruktur. Erst Jahre später untersuchte das Team um Carrer und Bruzzone die Daten erneut und wandte dafür weiterentwickelte Verfahren zur Signalverarbeitung an.
Radar kann Bereiche erfassen, die eine optische Kamera wegen ihres Schattens nicht auflösen kann. Mini-RF sendete elektromagnetische Wellen schräg auf die Grube; ein Teil der Energie wurde vom Inneren zurückgeworfen und erreichte den Orbiter. In den Messdaten fiel eine erhöhte Radarhelligkeit auf der Westseite des Schachts auf. Anschließend prüften die Forscher, ob sich diese Reflexion durch eine Öffnung erklären lässt, die vom Boden der Grube seitlich in den Untergrund führt.
Für diese Prüfung entstand ein dreidimensionales Modell des Schachts und des möglichen Gangs. Im Modell veränderten die Forscher die Geometrie des Hohlraums und berechneten mit einer Raytracing-Simulation, wie der Radarstrahl auf eine solche Struktur treffen und zurücklaufen würde. Anschließend verglichen sie die simulierten Signale mit den tatsächlich aufgezeichneten Reflexionen. Am besten passte ein Hohlraum, der sich von der westlichen Seite des Schachtbodens aus in den Untergrund erstreckt.
In ihrer Pressemitteilung vom 15. Juli 2024 erläuterte die Universität Trient das Vorgehen. Dort bezeichnete Lorenzo Bruzzone die Radarreflexionen als ersten direkten Nachweis eines zugänglichen Hohlraums unter der Mondoberfläche. „Direkt“ bezieht sich dabei auf den Nachweis durch die Messdaten: Die Höhle selbst wurde nicht mit einer Kamera aufgenommen. Auch der Gang wurde nicht von einer Sonde oder einem Menschen betreten.
Die begleitende Mitteilung von Springer Nature gibt für den unterirdischen Gang eine Länge von 30 bis 80 Metern und eine Tiefe von 130 bis 170 Metern unter der Mondoberfläche an. Dort wird seine Breite mit rund 45 Metern beziffert. Dabei stammen die Werte aus der Modellierung der Radarreflexionen und sind keine Vermessung eines vollständig sichtbaren Höhlenraums. Rekonstruieren konnten die Forscher nur einen Abschnitt der Struktur; eine möglicherweise längere Fortsetzung bleibt außerhalb des erfassten Bereichs.
Bei der Breite gibt es zudem eine wichtige Einschränkung. Auf einer Informationsseite der Universität Padua wird der Mitautor Riccardo Pozzobon mit dem Hinweis zitiert, dass die genaue Breite nicht bekannt sei. Er nennt eine Mindestbreite von 55 bis 60 Metern und hält auch mehrere hundert Meter für möglich. Als Näherung ist die Angabe von rund 45 Metern aus der Springer-Nature-Mitteilung deshalb zu verstehen, nicht als gesicherte exakte Querschnittsmessung. Bislang lassen sich die unterschiedlichen Angaben mit dem verfügbaren Material nicht abschließend auflösen.
Schacht und Hohlraum dürfen bei den Maßen nicht verwechselt werden. Robert Wagner und Mark Robinson von der Arizona State University führen in ihrer morphologischen Untersuchung für den Mare-Tranquillitatis-Schacht eine Ausdehnung von 100 mal 88 Metern und eine Tiefe von 133 Metern auf. Damit sind die Maße der Öffnung und ihrer Wände gemeint, nicht die Länge des seitlich anschließenden Gangs. Unterhalb des Schachtbodens liegt dem Modell zufolge der unterirdische Abschnitt, der sich von dort aus weiter fortsetzen kann.
Auch die Neigung des Gangs ist Teil des Modells. Laut Pressemitteilung kann der Verlauf nahezu eben sein oder sich um bis zu 45 Grad neigen. Gerade diese Geometrie entscheidet darüber, ob ein Zugang vom Schachtboden aus praktisch erreichbar wäre. Ohne eine Erkundung vor Ort bleiben jedoch Bodenbeschaffenheit, lose Blöcke, lokale Engstellen und die Stabilität der Decke unbekannt.
Die wahrscheinlichste Erklärung für den Hohlraum ist ein teilweise eingestürzter Lavatunnel. Solche Röhren entstehen, wenn ein Lavastrom an seiner Außenseite abkühlt und eine feste Kruste bildet, während im Inneren weiterhin geschmolzenes Gestein fließt. Läuft die Lava später ab, bleibt unter der erstarrten Decke ein leerer Kanal zurück. Auf der Erde sind solche Röhren aus vulkanischen Gebieten bekannt; auf dem Mond vermuten Geologen sie seit Jahrzehnten.
Beim Einsturz kann ein Teil der Decke aufbrechen und einen Schacht hinterlassen, der wie ein natürliches Oberlicht in den unterirdischen Gang führt. Solche Öffnungen werden in der Planetenforschung häufig als Skylights bezeichnet. Ihre steilen Wände und Überhänge können Hinweise auf Hohlräume liefern, doch ein Schacht allein beweist noch keinen durchgehenden Tunnel. Erst die Radardaten des Mare Tranquillitatis Pit lieferten einen Hinweis darauf, dass sich unterhalb einer solchen Öffnung tatsächlich ein seitlicher Hohlraum anschließt.
Geologisch ist die Deutung trotzdem nicht automatisch eindeutig. Mondgruben können auch durch andere Prozesse entstehen, etwa durch den Einsturz über magmatischen Hohlräumen oder tektonisch erzeugten Spalten. Wagner und Robinson von der Arizona State University untersuchten 2022 insgesamt 21 Mondgruben außerhalb von Einschlags-Schmelzablagerungen; nur vier zeigten einen geologischen Zusammenhang, der für Lavatunnel spricht. Bei den übrigen Fällen blieb die Entstehung mehrdeutig. Für den Mare-Tranquillitatis-Schacht ist der Lavatunnel die Erklärung, die am besten zu den Radarreflexionen und dem Modell passt.
Aufnahmen der Lunar Reconnaissance Orbiter Camera haben inzwischen mehr als 200 Gruben auf dem Mond dokumentiert. Einige liegen in den dunklen Basaltebenen, den sogenannten Maria; viele weitere befinden sich in Ablagerungen, die durch große Einschläge aufgeschmolzen und später erstarrt sind. Größe, Form und geologisches Umfeld unterscheiden die bekannten Öffnungen deutlich voneinander. Nicht jede davon führt in eine Höhle, und nicht jede wäre für eine Erkundung geeignet.
NASA und Arizona State University haben solche Strukturen mit der LROC-Kamera systematisch katalogisiert. Laut einer NASA-Übersicht zu Mondgruben sind mehr als 200 bekannt; einige davon könnten Zugang zu unterirdischen Hohlräumen bieten. Wagner und Robinson unterscheiden in ihrer morphologischen Analyse zwischen Gruben in den Maria, in Hochlandgebieten und in Einschlags-Schmelzablagerungen. Gerade diese Unterscheidung ist wichtig, weil die sichtbare Form allein den Entstehungsprozess nicht sicher verrät.
Besonders interessant ist das Mare Tranquillitatis Pit, weil es tief ist und steile bis überhängende Wände besitzt. Seine Öffnung ist zudem groß genug, dass Radarreflexionen aus dem Inneren in den Messdaten erkennbar werden konnten. Damit liefert die 2024 veröffentlichte Auswertung einen konkreten Ansatz, um weitere Gruben mit ähnlichen Messverfahren zu untersuchen. Sie belegt aber nicht, dass unter allen bekannten Schächten ausgedehnte Hohlraumsysteme liegen.
Ein unterirdischer Hohlraum könnte für bemannte Mondmissionen aus mehreren Gründen interessant sein. Auf der Mondoberfläche treffen kosmische und solare Strahlung ungehindert auf den Boden, während Mikrometeoriten ständig einschlagen. Ausreichend dickes Gestein könnte einen Teil dieser Belastungen abschirmen. Auch starke Temperaturwechsel zwischen Tag und Nacht wären in einem tief liegenden Hohlraum voraussichtlich geringer als auf der offenen Oberfläche.
Nach Angaben der Universität Trient erreicht die beleuchtete Mondoberfläche bis zu 127 Grad Celsius; auf der unbeleuchteten Seite können es minus 173 Grad Celsius werden. Zudem verweist die Mitteilung auf eine hohe Strahlenbelastung und das Risiko von Meteoriteneinschlägen. Solche Angaben beschreiben die harschen Bedingungen an der Oberfläche, nicht Messwerte aus dem neu nachgewiesenen Hohlraum. Ob dort tatsächlich eine stabile Temperatur herrscht und wie gut die Decke Strahlung abschirmt, müsste vor Ort geprüft werden.
Als Perspektive bleibt der mögliche Schutz eine Annahme, keine bereits bestätigte Eigenschaft dieser Höhle. Für eine Nutzung müssten Raumfahrtteams zunächst den Abstieg in den mehr als hundert Meter tiefen Schacht bewältigen und den Untergrund auf lose Blöcke, Staub und instabile Bereiche untersuchen. Auch die Tragfähigkeit der Decke und die tatsächliche Größe des begehbaren Bereichs wären entscheidend. Ein in einem Radar-Modell plausibler Zugang ist noch keine fertige Route für Astronauten oder Transportfahrzeuge.
Wissenschaftlich reicht die Bedeutung über eine mögliche Unterkunft hinaus. Gestein in einem Hohlraum wäre über lange Zeit weniger direkter Sonnenstrahlung und dem ständigen Beschuss durch Mikrometeoriten ausgesetzt als Material an der Oberfläche. Solche Proben könnten deshalb ursprüngliche Eigenschaften alter Lavaströme besser bewahren. Für die Erforschung des Mondvulkanismus wären ungestörte Gesteinsschichten besonders wertvoll, weil sie Hinweise auf die Temperatur, Zusammensetzung und Bewegung früherer Lava liefern könnten.
Die Methode lässt sich grundsätzlich auf weitere geeignete Schächte übertragen, sofern ausreichend gute Radardaten vorliegen. Entscheidend sind dabei die Blickrichtung des Instruments, die Form des Schachts und die Frage, ob ein möglicher Hohlraum Radarwellen so reflektiert, dass sich sein Signal vom übrigen Untergrund unterscheiden lässt. Optische Aufnahmen allein reichen dafür nicht aus, weil sie unter Überhängen und in tiefen Schatten keine verlässliche Sicht auf seitliche Gänge bieten. Auch die vorhandenen Radardaten decken nicht alle interessanten Regionen mit gleicher Auflösung ab.
An einer anderen Mondgrube ist bereits eine geophysikalische Untersuchung geplant. Dort will die NASA am Marius Hills Pit Radar, Seismik und Gravimetrie kombinieren, um einen möglichen Lavatunnel direkt vor Ort zu prüfen. Anders als das Mare Tranquillitatis Pit ist dies ein anderer Standort und eine andere Untersuchungsstrategie als die Auswertung der alten Mini-RF-Daten. Weitere Einzelheiten erläutert ein FuW-Bericht zur geplanten Vermessung einer weiteren Mondgrube.
Für das Mare Tranquillitatis Pit bleibt die räumliche Fortsetzung des nachgewiesenen Gangs offen. Bisher belegen die Radardaten einen Hohlraumabschnitt, liefern jedoch keine vollständige Karte des unterirdischen Systems. Weitere Messungen aus anderen Blickwinkeln könnten die Geometrie eingrenzen; eine Erkundung am Schachtboden müsste anschließend zeigen, wie der Gang tatsächlich aussieht. Besonders interessant wären dabei Gesteinslagen, die im Inneren vor der direkten Einwirkung des Weltraums geschützt geblieben sind.
Carrer, L., Pozzobon, R., Sauro, F. et al., Nature Astronomy, „Radar evidence of an accessible cave conduit on the Moon below the Mare Tranquillitatis pit“; doi:10.1038/s41550-024-02302-y
Università di Trento, „Existence of lunar lava tube cave demonstrated“; Università di Padova, „A Cave Conduit on the Moon, below the Mare Tranquillitatis Pit“
Wagner, R. V. und Robinson, M. S., Journal of Geophysical Research: Planets, „Lunar Pit Morphology: Implications for Exploration“; doi:10.1029/2022JE007328; NASA/GSFC/Arizona State University, „Lunar Pits Could Shelter Astronauts, Reveal Details of How ‘Man in the Moon’ Formed“
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