Vor fünfzig Jahren in diesem Monat ermöglichte die NASA-Mission Apollo 8, dass menschliche Augen zum ersten Mal direkt auf die andere Seite des Mondes blicken konnten. Das von Kratern übersäte Land, das die Besatzung sah, als sie sich um den Mond schlängelte, war vollständig verborgen, bis die sowjetische Luna 3-Mission 1959 Schwarzweißbilder der grauen Landschaft übermittelte, die seit Milliarden von Jahren im Leerlauf und praktisch unverändert war. Aber das nächste Kapitel der Erkundung auf diesem unberührten Boden wird voraussichtlich ein wenig vom langjährigen Mondstaub aufwirbeln.
Heute hat eine chinesische Long March 3B-Rakete ein Raumschiff geschossen, das die erste sanfte Landung auf der Mond-Gegenseite versuchen wird: Chang'e-4. Das Boot wird voraussichtlich zwischen dem 1. und 3. Januar nach einer fünftägigen Kreuzfahrt zum Mond, dem Einsetzen in die Mondumlaufbahn und einigen Kurskorrekturen zur Vorbereitung des Sonnenaufgangs über dem vermuteten Landeplatz am Von Kármán-Krater Ende Dezember landen.
Seit dem Beginn seines Mondprojekts in den frühen 2000er Jahren hat sich China rasant weiterentwickelt und ist die einzige Nation, die seit der Probe-Rückgabe-Mission Luna 24 der Sowjetunion im Jahr 1976 sanft auf dem Mond gelandet ist (anstatt absichtlich davon betroffen zu sein) China, der Roboter-Lander und -Rover Chang'e-3 auf Mare Imbrium, war im Dezember 2013 nur das dritte Land, das eine Mondlandung erreichte. Der Erfolg ermöglichte es dem Land, ein zur gleichen Zeit hergestelltes Ersatzraumschiff für eine noch ehrgeizigere Mission zu nutzen.
Im Jahr 2015 gab China bekannt, dass das Ersatz-Raumschiff Chang'e-4, ein Lander und ein kleiner Rover, für eine Pioniermission zur Landung auf der anderen Seite des Mondes eingesetzt werden soll - eine Leistung, die aufgrund ihrer Komplexität noch nie versucht wurde.
Ein Bild des Chang'e-3-Landers auf der Mondoberfläche, aufgenommen vom kleinen Rover Yutu, den der Lander nach dem Aufsetzen einsetzte. (Chinesische Akademie der Wissenschaften / China National Space Administration / Wissenschafts- und Anwendungszentrum für Mond- und Weltraumforschung) Das Raumschiff mit einer Gesamtmasse von fast vier Tonnen wird acht Instrumente und wissenschaftliche Nutzlasten tragen. Diese Werkzeuge werden in Niederfrequenz-Funkexperimenten eingesetzt, wobei die einzigartige funkstille Gegenseite genutzt wird, die vom Mond vor der Kakophonie von terrestrischen Funksignalen abgeschirmt wird. Wissenschaftliche Experimente an Chang'e-4 werden auch die Wechselwirkungen von Sonnenwindteilchen mit der Mondoberfläche untersuchen, geologische Analysen vom Boden aus durchführen und mineralogische Studien des Regoliths und des Gesteins durchführen.
Mit dabei ist das erste Mondbiosphäre-Experiment, das von Studenten an Universitäten in ganz China entworfen wurde. Es besteht aus einem Kanister mit Seidenwurmeiern, Kartoffelsamen und Arabidopsis - einer in der Weltraumforschung weit verbreiteten Blütenpflanze. Mit Wasser, Luft und Nährstoffen für die Organismen werden die Wissenschaftler die Atmung und Photosynthese des ersten Lebens untersuchen, das auf die Oberfläche der anderen Seite gelangt.
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Das Landen und Betreiben eines Raumfahrzeugs auf der anderen Seite des Mondes ist aufgrund des Phänomens der Gezeitenblockierung besonders schwierig. Der Gravitationseinfluss der Erde hat im Laufe der Zeit die Rotationsperiode des Mondes auf die Zeit verlangsamt, die erforderlich ist, um eine Umlaufbahn um die Erde zu vollenden. Infolgedessen steht die gleiche Seite des Mondes immer denjenigen von uns am Boden gegenüber. Um Befehle an die andere Seite zu senden, sind für eine Mission wie Chang'e-4 einige innovative Kommunikationslösungen erforderlich.
Um das Raumschiff während und nach der Landung zu kontaktieren, startete China im Mai einen Relaissatelliten namens Queqiao mit einer großen Parabolantenne. Der Satellit befindet sich in einer Halo-Umlaufbahn an einem stabilen Punkt, der etwa 65.000 bis 85.000 Kilometer hinter dem Mond liegt und als zweiter Erdmond-Lagrange-Punkt bekannt ist. Von hier aus hat Queqiao eine konstante Sichtverbindung sowohl zu Bodenstationen als auch zum Landeplatz von Chang'e-4.
Das erste Bild, das jemals von der anderen Seite des Mondes aufgenommen wurde und Oberflächenmerkmale enthüllte, die sich erheblich von der nahen Seite unterschieden. Das Bild wurde vom sowjetischen Raumschiff Luna 3 am 7. Oktober 1959 aufgenommen. (Public Domain) Aber der zusätzliche Aufwand, um dorthin zu gelangen, sollte sich lohnen. Die Mission wird nicht nur Weltraumbeobachtungen ohne elektromagnetische Beeinflussung durch die Erde ermöglichen, sondern auch Einblicke in die Geschichte und Entwicklung des Mondes und der Erde. Seit Jahrzehnten sind Wissenschaftler bestrebt, das riesige Gebiet, das als Südpol-Aitken-Becken (SPA) bekannt ist und sich vom Südpol bis zum Aitken-Krater erstreckt, zu untersuchen.
Das SPA-Becken hat einen Durchmesser von rund 2.500 Kilometern und eine Tiefe von 12 Kilometern. Damit ist es einer der größten und ältesten Einschlagskrater des Sonnensystems. Der Boden in diesem Gebiet könnte freiliegendes Material aus dem tieferen Mondmantel enthalten, das während des großen Aufpralls vor Milliarden von Jahren an die Oberfläche gedrückt wurde. Und wenn man bedenkt, dass viele Astronomen glauben, dass der Mond aus demselben Material besteht wie die Erde, könnte das SPA-Becken möglicherweise Informationen darüber liefern, wie die Proto-Erde nach der theoretischen Kollision aussah, die den Mond gebildet hat. Irgendwann nach dieser Kollision wurzelte das Leben und die andere Seite des Mondes kann diesem Puzzle einige Teile hinzufügen.
Der Landeplatz ist, obwohl nicht offiziell bestätigt, der südliche Boden des Von Kármán-Kraters. Bradley Jolliff, Professor für Erd- und Planetenwissenschaften an der Washington University in St. Louis, stellt fest, dass der ausgewählte Ort in Von Kármán aufgrund des alten Lavastroms relativ glatt ist und eine sicherere Landung bietet.
Meng Zhiguo, Professor am College für Geoexplorationswissenschaften und -technologie an der Jilin-Universität und Mitautor von Artikeln über die Landeplätze der Chang'e-4-Kandidaten, ist besonders an den möglichen Einsichten interessiert, die die Mission in die Zusammensetzung der bieten könnte Die mondferne Seite wurde durch zwei Spektrometer ermöglicht, die auf dem Raumfahrzeug fliegen, das sichtbare und das Nahinfrarot-Bildgebungsspektrometer (VNIS) und das Niederfrequenzspektrometer (LFS).
"Die Zusammensetzung des Kraterbodens mit Stutenbasalten wird einen direkten Beweis für den Stutenvulkanismus auf der Mondfernseite liefern, der nützlich ist, um den Unterschied des Stutenvulkanismus zwischen der nahen und der fernen Seite besser zu verstehen", sagt Meng.
Der kleine Rover Yutu (auf Chinesisch Jade Rabbit ), nachdem er vom Chang'e-3-Lander abgesetzt wurde. (Chinesische Akademie der Wissenschaften / China National Space Administration / Wissenschafts- und Anwendungszentrum für Mond- und Weltraumforschung) Auf der nahen Seite der Mondoberfläche befinden sich viele riesige Basaltebenen, die als Maria bekannt sind. Jede Stute ist durch Vulkanausbrüche in der fernen Vergangenheit entstanden und kann mit bloßem Auge als dunkle, flache Bereiche betrachtet werden. Die andere Seite hat jedoch relativ wenig Maria. Die einzigartige Landschaft Chang'e-4 wird sowohl bei der Auswahl der Standorte als auch bei der Durchführung der Landung auf zusätzliche Herausforderungen stoßen.
Die Mission könnte auch unser Verständnis der Bildung von Felskörpern und der Entwicklung von Schichten wie Kruste, Mantel und Kern fördern. "Die Kompositionen könnten aus der unterschiedlichen Tiefe der flachen Mondschicht stammen", sagt Meng. "Das ist wichtig, um den Ablauf der Geschichte des Mondmagma-Ozeans und die globale Differenzierungshypothese zu verstehen." die Hypothese, dass die Protoerde mit einem marsgroßen Körper namens Theia kollidierte und sich aus den Trümmern das Erde-Mond-System bildete).
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Leider, so Jolliff, werde einer der Hauptgründe für den Besuch dieses Mondgebiets nicht angesprochen. "Ein wichtiges, seit langem bestehendes wissenschaftliches Ziel einer Mission im SPA-Becken ist es, das Alter und die Zusammensetzung der ursprünglich getroffenen Materialien zu bestimmen, die möglicherweise Gesteine enthalten, die tief aus dem Inneren des Mondes ausgegraben wurden, möglicherweise seinen Mantel", sagt er . "Leider ist die CE-4-Mission nicht in der Lage, diese Probleme zu lösen, und sie wird auch nicht an einen besonders guten Ort innerhalb von SPA gehen, um diese Probleme zu lösen."
Die Art der Mission, die wirklich ein Bild davon liefern könnte, woraus die Gegenseite besteht, würde eine Musterretoure erfordern. Jolliff hat im Rahmen des NASA New Frontiers-Programms eine solche Mission zur Rückgabe von Proben aus dem SPA-Becken vorgeschlagen. Bisher wurde jedoch noch keine solche Mission für eine Finanzierung genehmigt.
China bereitet auf der nahen Seite eine Mondprobenrückgabe mit Chang'e-5 vor, die im November 2017 vor Chang'e-4 gestartet werden sollte. Ein fehlgeschlagener Start war jedoch im Juli des langen 5. März dieses Jahres - a Schwerlastrakete für die größere Nutzlast erforderlich - hat den Einsatz frühestens bis Ende 2019 verzögert.
Wenn mit dem Flug von Chang'e-5 in die Mons Rümker-Region im Oceanus Procellarum alles in Ordnung ist, könnte seine Reserve, Chang'e-6, eine Probenrückgabe auf der Mondfernseite oder möglicherweise am Südpol des Mondes in der versuchen Anfang der 2020er Jahre. Die Ausweitung der chinesischen Roboter-Monderkundungspläne führt zu den Zielen, für die Jolliff und andere eintreten, aber für die heutige Mission dreht sich alles darum, die Landung zu verhindern.
„Ich möchte die Bedeutung der Landung auf der Gegenseite betonen, die keines der anderen Weltraumländer getan hat. Die Fernsteuerung der Mission von der Erde aus über einen Kommunikationssatelliten ist definitiv ein Sprungbrett für das chinesische Weltraumprogramm “, sagt Jolliff und merkt an, dass Chang'e-5 bald folgen wird. "Diese Missionen finden in rascher Folge statt, und dies zeigt auch die Entschlossenheit dieses Programms, dem letztendlichen Ziel näher zu kommen, chinesische Astronauten auf die Mondoberfläche zu bringen."
Ein Teil der Mond-Gegenseite, aufgenommen von der Besatzung von Apollo 8 am 24. Dezember 1968. (NASA) Während China sich in der nächsten Hälfte des Jahrzehnts auf drei Missionen zur Mondoberfläche vorbereitet, wird die Nation wahrscheinlich zu einem bedeutenden globalen Marktführer in der Mondforschung. Meng sagt, dass die Daten der Chang'e-4-Mission Wissenschaftlern außerhalb Chinas zur Verfügung gestellt werden und das Raumschiff Instrumente aus Deutschland und Schweden im Rahmen einer internationalen Partnerschaft mit den Niederlanden und Saudi-Arabien transportiert.
"Durch den erfolgreichen Abschluss dieser Mission wird China zu einem führenden Unternehmen bei der internationalen Erforschung des Mondes", sagt James Head, Professor für Geologische Wissenschaften an der Brown University. "[Sie] haben der internationalen Weltraumgemeinschaft bereits die Nutzung ihrer Relais-Satelliteninfrastruktur angeboten."
Chinas Mondmissionen stehen an der Spitze einer Welle des erneuten Interesses an unserem himmlischen Nachbarn, wobei die NASA, die Europäische Weltraumorganisation, Russland und Indien in den kommenden Jahren auf verschiedene Robotermissionen und Missionen mit Besatzung hinarbeiten. Die Pläne Chinas nehmen jedoch endgültige Form an, da sie bereits heute auf den Weg gebracht wurden, und Pläne für Chang'e-7, einen Technologiedemonstrator, der die Machbarkeit langfristiger Ziele wie die Nutzung von Wassereis vor Ort testen soll oder Metalle.
„Jede neue Mission zum Mond bietet Überraschungen, sagt Head. "Chang'e 4 wird nicht nur eine monumentale technische Leistung sein, sondern wird zweifellos neue Entdeckungen und Überraschungen bringen."
Andrew Jones ist ein Journalist, der über Chinas Raumfahrtprogramm berichtet, für SpaceNews und Gbtimes schreibt und Gastblogs bei der Planetary Society beisteuert. Er lebt in Finnland.
