Unterirdisches Eis in doppelt beschatteten Kratern, wie es durch das Dualfrequenz-SAR von Chandrayaan-2 aufgedeckt wurde

Warum verborgenes Mond-Eis wichtig ist

Wasser auf dem Mond ist nicht nur eine wissenschaftliche Kuriosität; es könnte für zukünftige Astronauten eine potenzielle Lebensader sein. In der Mondregolith vergrabenes Eis könnte in Trinkwasser, atembare Sauerstoffvorräte und sogar Raketentreibstoff umgewandelt werden. Diese Studie untersucht einige der kältesten, dunkelsten Stellen am Südpol des Mondes — winzige „doppelt beschattete“ Krater — um herauszufinden, ob sie langlebige Eislager knapp unter der Oberfläche verbergen.

Die kältesten Ecken des Mondes

Der Mond neigt sich kaum um seine Achse, sodass in den Polarregionen das Sonnenlicht am Horizont entlangstreicht, statt hoch am Himmel zu stehen. Tiefe Kraterböden in der Nähe der Pole sehen die Sonne überhaupt nie und werden zu permanent beschatteten Bereichen, die kälter sind als flüssiger Stickstoff. In einigen dieser dunklen Krater liegen noch kleineren Krater, deren erhöhte Ränder nicht nur direktes Sonnenlicht, sondern auch schwaches, gestreutes Licht und Wärme von angrenzendem hellem Terrain blockieren. Diese speziellen „doppelt beschatteten“ Nischen können Temperaturen von etwa 25 Kelvin erreichen — kalt genug, dass Wasserice dort über Milliarden Jahre überleben könnte, sofern es je dorthin gelangt ist.

Mit Radar unter die Dunkelheit sehen

Weil diese Krater pechschwarz sind, haben gewöhnliche Kameras Mühe zu zeigen, was auf ihren Böden liegt. Stattdessen nutzt die Raumsonde Chandrayaan-2 ein Dualfrequenz-Radarinstrument, das Radiowellen aussendet und die Echos aufzeichnet. Indem gemessen wird, wie sich die Polarisation — also die Ausrichtung — der Wellen beim Zurücksenden ändert, können Wissenschaftler ableiten, ob das Signal von einer rauen, felsigen Oberfläche stammt oder von Material, das die Wellen innerhalb seines Volumens streut, wie es bei Eis der Fall ist. Zwei Schlüsselgrößen werden verwendet: das Verhältnis der zirkularen Polarisation (wie viel des zurückkehrenden Signals die ursprüngliche Drehung der Wellen beibehält) und der Polarisationsgrad (wie geordnet das zurückkehrende Signal bleibt). In Boden vergrabenes Eis erzeugt typischerweise ein hohes Verhältnis, aber einen sehr ungeordneten, niedrigen Polarisationsgrad, weil die Wellen innerhalb der eisigen Schicht umherschlagen.

Auf der Suche nach Eis in neun beschatteten Kratern

Das Team untersuchte neun doppelt beschattete Krater innerhalb von drei größeren Südpolkratern namens Faustini, Haworth und Shoemaker. Sie kombinierten Radardaten mit detaillierten Höhenkarten und scharfen Bildern des Instruments ShadowCam, das schwach beleuchtetes Terrain innerhalb von Schatten erkennen kann. Viele der Krater zeigen Blockfelder entlang ihrer Ränder und Wände, doch ihre dunklen Böden sind tendenziell relativ glatt, wodurch eine häufige Quelle verwirrender Radarsignale reduziert wird. Die Krater reichen in der Größe von unter einem Kilometer bis fast drei Kilometer Breite, mit unterschiedlichen Wandsteilen und Randformen, einschließlich eines besonders auffälligen „lappigen“ Randes in einem kleinen Krater namens F2 innerhalb von Faustini.

Ein neues Radar-Fingerabdruck für vergrabenes Eis

Vier der neun Krater — F2, F3, H3 und S1 — heben sich durch sowohl erhöhte Verhältnisse der zirkularen Polarisation über eins als auch extrem niedrige Polarisationsgrade zwischen 0,1 und 0,13 hervor. Frühere Arbeiten hatten vorgeschlagen, dass eisreiche Materialien einen Polarisationsgrad unter etwa 0,35 zeigen sollten; diese Studie zeigt, dass in diesen ultrakalten Kratern die Werte noch niedriger sind und verfeinert damit den Radar-Fingerabdruck für vergrabenes Eis zu „Verhältnis größer als eins plus Polarisationsgrad unter 0,13.“ Umgebende Kraterränder, Auswurfmaterial und ein älterer benachbarter Krater namens Tooley zeigen entweder niedrige Verhältnisse, höhere Polarisation oder beides, was mit rauem Gestein statt Eis übereinstimmt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass dort, wo die verfeinerte Radarsignatur erscheint, das Echo von Volumenstreuung durch in den oberen wenigen Metern des Regoliths eingemischtes Eis dominiert wird.

Hinweise von einem ungewöhnlichen Kraterrand

Der Krater F2 liefert einen besonders überzeugenden Fall. Er zeigt die stärkste und ausgedehnteste Radarsignatur aller neun Krater und einen charakteristischen erhöhten, lappigen Rand, der sich um seinen Rand legt. Höhenmessungen zeigen, dass F2 Hunderte Meter unter dem umgebenden Boden von Faustini entstanden ist, tief innerhalb der permanent beschatteten Zone. Die Autoren argumentieren, dass der Einschlag, der F2 schuf, wahrscheinlich in eine eisführende Schicht eindrang und eisiges, schlammiges Material hinausspritzte, das zu dem heute sichtbaren ungewöhnlich geformten Rand erstarrte. Andere Krater mit schwächeren Radarhinweisen auf Eis fehlen solche dramatischen Ränder, möglicherweise weil ihre Einschläge die Eis-Schicht nicht erreichten oder weil ihr Eis später angeliefert wurde und einfach leise im kalten Boden akkumulierte.

Was das für zukünftige Mondforscher bedeutet

Insgesamt kommt die Studie zu dem Schluss, dass unterirdisches Eis am südlichen Mondpol eher punktuell als gleichmäßig verteilt ist, selbst innerhalb dieser ultrakalten Fallen. Nur vier von neun doppelt beschatteten Kratern zeigen starke oder teilweise Hinweise auf vergrabenes Eis in der flachen Untergrundzone, und F2 scheint das ergiebigste Ziel zu sein. Gleichzeitig liefert die Arbeit einen schärferen Radartest zum Erkennen echter Eislager und zur Unterscheidung von bloß rauem Gelände. Für zukünftige Missionen, die versuchen, die gefrorenen Ressourcen des Mondes zu nutzen, erscheinen diese doppelt beschatteten Krater — und besonders F2 in Faustini — als vielversprechende Orte zum Bohren, Probennehmen und vielleicht eines Tages zur Gewinnung von Wasser, um eine dauerhafte menschliche Präsenz jenseits der Erde zu unterstützen.

Zitation: Sinha, R.K., Bharti, R.R., Acharyya, K. et al. Subsurface ice in doubly shadowed craters as revealed by Chandrayaan-2 dual frequency synthetic aperture radar. npj Space Explor. 2, 22 (2026). https://doi.org/10.1038/s44453-026-00038-9

Schlüsselwörter: lunareis, Mond-Südpol, permanent beschattete Krater, Radarabbildung, Weltraumressourcen