Lanzarote ist vor allem für seine schwarzen Lavafelder, Vulkankegel und bizarren Gesteinsformationen bekannt. Für die Planetenforschung besitzt die Kanareninsel jedoch noch eine andere Bedeutung: Ihre vulkanische Landschaft ähnelt in wichtigen geologischen Merkmalen bestimmten Regionen des Mondes und des Mars. Deshalb werden hier Instrumente und Erkundungsverfahren erprobt, die eines Tages auf einem anderen Himmelskörper eingesetzt werden könnten.
Im Forschungsprojekt NEPOS – ausgeschrieben „Near-Surface Seismic Exploration of Planetary Bodies with Adaptive Networks“ – entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mobile und möglichst autonom arbeitende Sensornetzwerke. Diese sollen den oberflächennahen Untergrund planetarer Körper untersuchen und dabei unter anderem Lavahöhlen sowie möglicherweise eisführende Gesteinsschichten erkennen.
Wasser auf dem Mond ist längst mehr als eine Vermutung
Lange Zeit galt der Mond als nahezu vollständig trockener Himmelskörper. Die von den Apollo-Missionen zurückgebrachten Bodenproben schienen dieses Bild zunächst zu bestätigen. Spätere Raumsonden und verbesserte Messverfahren zeigten jedoch, dass Wasser in unterschiedlichen Formen auf dem Mond vorkommt.
Besonders bedeutend sind die dauerhaft verschatteten Gebiete an den Mondpolen. In einigen tiefen Kratern erreicht das Sonnenlicht den Boden selbst über sehr lange Zeiträume nicht. Dort herrschen extrem niedrige Temperaturen, bei denen sich Wasser über geologische Zeiträume als Eis erhalten kann. Messungen mehrerer Missionen lieferten eindeutige Hinweise auf Wassereis in solchen Regionen.
Damit ist die grundsätzliche Frage, ob es Wasser auf dem Mond gibt, beantwortet. Weitgehend offen bleibt jedoch, wie die Vorkommen räumlich verteilt sind, in welcher Tiefe sie liegen, wie rein das Eis ist und ob es sich technisch und wirtschaftlich gewinnen lässt.
Wasser könnte vor Ort als Trinkwasser und für technische Prozesse genutzt werden. Durch Elektrolyse lässt es sich zudem in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegen. Sauerstoff wird für die Atemluft benötigt und kann gemeinsam mit Wasserstoff als Bestandteil von Raketentreibstoff dienen. Jede Ressource, die nicht von der Erde zum Mond transportiert werden muss, könnte die Masse, die Kosten und die Komplexität künftiger Missionen reduzieren.
Mondwasser besitzt außerdem einen hohen wissenschaftlichen Wert. Seine chemische Zusammensetzung und seine räumliche Verteilung könnten Hinweise darauf liefern, wie Wasser durch Asteroiden, Kometen, Mikrometeoriten oder Wechselwirkungen mit dem Sonnenwind auf den Mond gelangte. Eisablagerungen in dauerhaft dunklen Kratern können daher wie ein Archiv aus der Frühgeschichte des Sonnensystems wirken.
Lavahöhlen als Schutzräume für künftige Mondstationen
Neben Wassereis interessieren sich die Forschenden für unterirdische Hohlräume. Besonders vielversprechend sind sogenannte Lavaröhren. Solche Tunnel entstehen, wenn die Oberfläche eines Lavastroms erstarrt, während im Inneren weiterhin flüssiges Material strömt. Fließt die Lava später ab, kann ein langgestreckter Hohlraum zurückbleiben.
Auch auf dem Mond gab es in seiner geologischen Vergangenheit ausgedehnte vulkanische Aktivität. Bilder aus der Mondumlaufbahn zeigen steilwandige Öffnungen, die als Einstürze oder „Dachfenster“ unterirdischer Lavaröhren interpretiert werden. Einige dieser Höhlensysteme könnten erheblich größer sein als vergleichbare Strukturen auf der Erde.
Für bemannte Missionen wären solche Hohlräume möglicherweise eine strategische Ressource. Eine ausreichend stabile Gesteinsschicht über einer Station könnte einen natürlichen Schutz gegen kosmische Strahlung, energiereiche Teilchen der Sonne und kleinere Meteoriteneinschläge bieten. Gleichzeitig wären die Temperaturschwankungen unter der Oberfläche vermutlich geringer als auf dem ungeschützten Mondboden.
Eine Lavahöhle lässt sich allerdings nicht allein anhand einer sichtbaren Öffnung beurteilen. Vor einer Nutzung müssten ihre Größe, Form, Tiefe und Stabilität genau vermessen werden. Auch verborgene Einsturzbereiche, lose Gesteinsblöcke und schwer zugängliche Abschnitte könnten eine Gefahr darstellen.
Warum ausgerechnet Lanzarote?
Lanzarote entstand durch vulkanische Prozesse und besitzt ausgedehnte basaltische Lavafelder, Höhlen und Lavaröhren. Teile dieser Landschaft erinnern geologisch an die dunklen basaltischen Ebenen des Mondes, die als Mondmeere oder „Maria“ bezeichnet werden.
Die Insel ist deshalb ein sogenanntes planetologisches Analoggebiet. Forschende können dort Instrumente unter realen Bedingungen einsetzen, ohne sie bereits zum Mond transportieren zu müssen. Bekannte Höhlenverläufe bieten dabei einen entscheidenden Vorteil: Die Ergebnisse der Messungen können später mit der tatsächlichen Lage und Form der unterirdischen Strukturen verglichen werden.
Ein solches Analoggebiet bildet die Verhältnisse auf dem Mond allerdings nicht vollständig nach. Auf Lanzarote existieren eine Atmosphäre, Feuchtigkeit, Vegetation, Mikroorganismen und die sechsmal stärkere Erdgravitation. Trotzdem können dort wichtige Fragen zur Sensoranordnung, Datenübertragung, Navigation und seismischen Auswertung untersucht werden.
Gerade die natürliche Unregelmäßigkeit des Geländes macht den Feldversuch wertvoll. In einem Labor lassen sich viele Bedingungen kontrollieren. In einer Vulkanlandschaft müssen die Systeme dagegen mit unebenem Boden, wechselnden Gesteinseigenschaften, größeren Entfernungen und praktischen Problemen beim Aufbau der Sensoren zurechtkommen.
Wie kann man mit Seismometern in den Untergrund sehen?
Seismische Verfahren werden auf der Erde unter anderem zur Untersuchung von Erdbeben, geologischen Schichten sowie bei der Suche nach Rohstoffen eingesetzt. Grundlage ist die Ausbreitung mechanischer Wellen im Gestein.
Geschwindigkeit, Richtung und Stärke dieser Wellen verändern sich, wenn sie auf unterschiedliche Materialien oder Grenzflächen treffen. Festes, dichtes Gestein überträgt Schwingungen anders als lockerer Boden, stark zerklüftetes Material, Eis oder ein leerer Hohlraum. Wellen können reflektiert, gebrochen, abgeschwächt oder gestreut werden.
Werden an mehreren Punkten Sensoren aufgestellt, lassen sich Laufzeiten und Wellenformen miteinander vergleichen. Aus den Unterschieden kann ein räumliches Modell der Untergrundstrukturen berechnet werden. Dieses Prinzip wird als seismische Tomografie bezeichnet.
Aktive und passive Seismik
Bei der aktiven Seismik wird eine kontrollierte Schwingung erzeugt, beispielsweise durch einen mechanischen Impuls. Die Sensoren messen anschließend, wie sich die erzeugten Wellen durch den Untergrund bewegen.
Passive Verfahren kommen dagegen ohne eine eigens erzeugte Quelle aus. Sie zeichnen bereits vorhandene, schwache Bodenbewegungen auf. Durch die mathematische Korrelation langer Messreihen kann rekonstruiert werden, wie Wellen zwischen verschiedenen Sensorpositionen verlaufen.
Dieser Ansatz ist für planetare Missionen besonders interessant. Ein leistungsfähiger aktiver Schwingungserzeuger würde zusätzliche Masse, Energie und mechanische Komponenten benötigen. Passive Seismik könnte dagegen mit vergleichsweise kleinen Empfängern auskommen. Ob genügend geeignete Schwingungen vorhanden sind und wie lange gemessen werden muss, hängt jedoch stark vom jeweiligen Einsatzgebiet ab.
Eine Anomalie ist noch kein chemischer Nachweis
Seismische Messungen zeigen vor allem Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften des Untergrunds. Eine auffällige Zone kann auf einen Hohlraum, poröses Material oder eisführendes Gestein hindeuten. Sie beweist für sich allein jedoch nicht zweifelsfrei, dass dort Wasser vorhanden ist.
Für eine belastbare Interpretation müssten seismische Daten daher mit anderen Verfahren kombiniert werden. Dazu gehören beispielsweise Bodenradar, Neutronenspektrometer, thermische Messungen, Kameras und gegebenenfalls direkte Bohrungen oder Probenentnahmen. Die Seismik könnte vor allem dabei helfen, interessante Bereiche einzugrenzen und nachfolgende Untersuchungen gezielt zu planen.
Das Besondere an NEPOS: Das Messnetz soll beweglich werden
Klassische seismische Messnetze bestehen häufig aus Sensoren, die an festen Positionen installiert werden. Auf dem Mond wäre ein solches System auf das Gebiet beschränkt, in dem die Geräte bei der Landung oder während eines ersten Aufbaus platziert wurden.
NEPOS verfolgt deshalb das Konzept eines mobilen und adaptiven Netzwerks. Mehrere Rover oder andere robotische Einheiten könnten Sensoren transportieren, aussetzen oder selbst als Messstation dienen. Nach einer ersten Auswertung würde das System entscheiden, an welchen Positionen zusätzliche Daten benötigt werden.
Wird beispielsweise eine mögliche Höhle erkannt, könnten einige Sensoren näher an die vermutete Struktur heranfahren. In Bereichen, in denen das Untergrundmodell bereits gut bestimmt ist, wären dagegen weniger zusätzliche Messungen erforderlich. Auf diese Weise würde sich das Netzwerk an die Ergebnisse der laufenden Untersuchung anpassen.
Ein solches System müsste mehrere Aufgaben miteinander verbinden:
- präzise Aufzeichnung seismischer Signale,
- Lokalisierung der einzelnen Sensoren,
- Synchronisierung ihrer internen Uhren,
- drahtlose Kommunikation innerhalb des Netzwerks,
- automatische Qualitätskontrolle der Daten,
- Berechnung eines vorläufigen Untergrundmodells und
- Planung der nächsten Messpositionen.
Damit verbindet NEPOS Geophysik mit Robotik, Navigation, Signalverarbeitung, statistischer Unsicherheitsanalyse und verteilten Computersystemen. Langfristig könnten mehrere relativ kleine Roboter gemeinsam eine Aufgabe übernehmen, die mit einem einzelnen großen Fahrzeug nur schwer zu bewältigen wäre.
Navigation ohne GPS
Auf Lanzarote konnte das Team GPS-Antennen nutzen, um Sensorpositionen und Bewegungen genau zu erfassen. Auf dem Mond steht jedoch kein mit dem irdischen GPS vergleichbares globales Navigationssystem zur Verfügung.
Künftige Roboter müssten ihre Position daher mit Kameras, Laserscannern, Trägheitssensoren, Funkmessungen oder durch gegenseitige Abstandsmessungen bestimmen. Dabei entstehen zwangsläufig Unsicherheiten. Schon kleine Fehler bei der Position eines Seismometers können die berechneten Wellengeschwindigkeiten und damit das Untergrundbild beeinflussen.
Eine 2026 veröffentlichte Untersuchung aus dem NEPOS-Umfeld analysierte solche Fehler anhand seismischer Daten des Apollo-17-Programms. In einem untersuchten Messaufbau führten realistische Positionsunsicherheiten von rund 0,9 Metern zu Geschwindigkeitsunsicherheiten von ungefähr 2,2 Prozent. Die Fehler durch instabile Uhren waren in der Analyse vergleichsweise klein. Deutlicher wirkten sich methodische Grenzen bei der Bestimmung der Laufzeiten aus.
Solche Untersuchungen sind für die Missionsplanung wichtig. Ein Sensornetz kann nur dann verlässliche Karten erzeugen, wenn bekannt ist, wie stark sich Navigations-, Zeit- und Auswertungsfehler auf das Ergebnis auswirken.
Die Messkampagne über den Lavahöhlen
Während der mehrtägigen Kampagne auf Lanzarote stellte das Forschungsteam mehrere Seismometer im Bereich bekannter Lavahöhlen auf. Die Sensoren registrierten natürliche Schwingungen des Untergrunds. Gleichzeitig wurden die Positionen der Messgeräte bestimmt und die Bedingungen des Geländes dokumentiert.
Für das Team war besonders wertvoll, die zuvor entwickelten Verfahren über längere Zeit außerhalb eines kontrollierten Labors einzusetzen. Erst in einer realen Landschaft zeigt sich, wie stabil die Instrumente arbeiten, wie zuverlässig die Datenübertragung funktioniert und wie empfindlich die Auswertung auf wechselnde Bodenbedingungen reagiert.
Die bekannten Höhlen von Lanzarote dienen dabei als eine Art geologische Referenz. Wenn die Auswertung an den richtigen Stellen einen Hohlraum zeigt und dessen ungefähre Ausdehnung korrekt abbildet, spricht dies dafür, dass die Methode grundsätzlich funktioniert. Abweichungen helfen wiederum, die Modelle und Algorithmen zu verbessern.
Vom künstlichen Mondboden in die freie Natur
Vor dem Einsatz auf Lanzarote hatte das Team vergleichbare Messungen in der LUNA-Mondsimulationsanlage in Köln durchgeführt. Die gemeinsam von DLR und Europäischer Weltraumorganisation betriebene Anlage stellt seit 2024 eine große Testumgebung für Mondtechnologien bereit.
Dort können Instrumente unter reproduzierbaren Bedingungen erprobt werden. Forschende wissen genau, wie der künstliche Untergrund aufgebaut ist, und können einzelne Parameter gezielt verändern. Solche Experimente sind ideal, um Sensoren zu kalibrieren und erste Algorithmen zu testen.
Lanzarote bildet den nächsten Schritt. Die Geologie ist komplexer, die Höhlen sind natürlich entstanden und der Versuchsaufbau muss an das Gelände angepasst werden. Die Kombination beider Testumgebungen ist daher besonders wirkungsvoll: Die LUNA-Halle ermöglicht kontrollierte Experimente, während Lanzarote die Belastbarkeit der Verfahren unter realistischen Feldbedingungen zeigt.
Was auf dem Mond noch schwieriger wird
Selbst eine erfolgreiche Kampagne auf der Erde löst noch nicht alle Probleme einer Mondmission. Instrumente müssten dort mit Bedingungen zurechtkommen, die sich auf Lanzarote nur begrenzt simulieren lassen.
Kontakt zwischen Sensor und Untergrund
Ein Seismometer muss mechanisch gut mit dem Boden gekoppelt sein. Lockerer Mondstaub kann die Übertragung bestimmter Schwingungen verändern. Ein Roboter müsste daher erkennen, ob ein Sensor stabil steht oder ob der Untergrund zunächst verdichtet beziehungsweise freigelegt werden muss.
Extreme Temperaturen und Vakuum
Elektronik, Batterien, Kabel und mechanische Bauteile müssen im Vakuum sowie bei starken Temperaturschwankungen funktionieren. Schmierstoffe und Materialien, die auf der Erde problemlos verwendet werden, können unter diesen Bedingungen versagen.
Feiner und haftender Mondstaub
Mondstaub ist kantig und elektrostatisch aufladbar. Er kann Gelenke blockieren, optische Systeme verschmutzen und Steckverbindungen beeinträchtigen. Mobile Sensorplattformen benötigen deshalb robuste Gehäuse und möglichst staubgeschützte Mechanismen.
Begrenzte Energie und Kommunikation
Jeder Rover benötigt Energie für Bewegung, Navigation, Messung, Datenverarbeitung und Funkübertragung. In dauerhaft verschatteten Regionen ist die Versorgung durch Solarzellen besonders schwierig. Das Netzwerk müsste deshalb sparsam arbeiten und einen Teil der Daten direkt vor Ort auswerten.
Hohe Anforderungen an die Autonomie
Wegen der Entfernung zur Erde kann ein Team nicht jede einzelne Bewegung der Roboter unmittelbar steuern. Das System muss Hindernisse erkennen, Messpositionen auswählen und auf technische Probleme reagieren können. Die endgültigen Entscheidungen einer Mission könnten zwar weiterhin von Menschen überwacht werden, viele alltägliche Schritte müssten jedoch autonom ablaufen.
Wie eine spätere Erkundungsmission aussehen könnte
Eine künftige Mission könnte einen Lander mit mehreren kleinen Rovereinheiten in eine wissenschaftlich interessante Mondregion bringen. Nach der Landung würden die Fahrzeuge zunächst die unmittelbare Umgebung kartieren und ein grobes Sensornetz bilden.
In einer ersten Messphase würde das System nach auffälligen Bereichen im Untergrund suchen. Anschließend könnten die Rover ihre Positionen verändern und das Netz über einer möglichen Höhle oder eisführenden Zone verdichten. Die neue Messung würde ein genaueres Modell liefern.
Besonders interessante Stellen könnten danach mit weiteren Instrumenten untersucht werden. Ein Bodenradar könnte Schichtgrenzen und Hohlräume ergänzend abbilden. Neutronen- oder Infrarotspektrometer könnten Hinweise auf Wasser beziehungsweise Wasserstoff liefern. Erst wenn mehrere unabhängige Messmethoden übereinstimmen, wäre eine Bohrung oder Probenentnahme sinnvoll.
- Großräumige Erkundung des Geländes aus der Umlaufbahn und durch Rover.
- Aufbau eines ersten seismischen Sensornetzwerks.
- Berechnung eines vorläufigen Untergrundmodells.
- Automatische Verlagerung der Sensoren zu auffälligen Bereichen.
- Zusätzliche Untersuchung durch Radar und spektroskopische Instrumente.
- Auswahl eines geeigneten Ortes für Bohrungen, Proben oder eine Höhlenerkundung.
Das adaptive Netzwerk würde damit nicht nur Daten sammeln. Es würde aktiv entscheiden, wo weitere Messungen den größten Informationsgewinn versprechen.
Ressourcensuche und Grundlagenforschung gehören zusammen
Der Begriff „Ressourcensuche“ kann den Eindruck erwecken, es gehe ausschließlich um den Abbau von Wasser oder anderen Rohstoffen. Tatsächlich liefert die Untersuchung des Monduntergrunds zugleich wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse.
Lavahöhlen bewahren möglicherweise Gesteinsschichten, die an der Oberfläche längst durch Meteoriteneinschläge und Strahlung verändert wurden. Ihre Vermessung könnte neue Informationen über die vulkanische Entwicklung des Mondes liefern. Eisablagerungen wiederum dokumentieren möglicherweise die Geschichte flüchtiger Stoffe im inneren Sonnensystem.
Auch die Entwicklung autonomer Sensornetzwerke besitzt Anwendungen über die Mondforschung hinaus. Vergleichbare Systeme könnten später auf dem Mars, auf Asteroiden oder in schwer zugänglichen Regionen der Erde eingesetzt werden. Denkbar wären beispielsweise Messungen in Vulkangebieten, Gletschern, Höhlensystemen oder Katastrophenzonen.
Ein wichtiger Schritt – aber noch keine fertige Mondtechnologie
Die Kampagne auf Lanzarote zeigt, wie die Entwicklung planetarer Explorationstechnologie in der Praxis abläuft. Zwischen einer wissenschaftlichen Idee und einem einsatzbereiten Instrument liegen zahlreiche Laborversuche, Feldtests, Simulationen und technische Verbesserungen.
Das NEPOS-Projekt soll nicht unmittelbar ein vollständiges Mondfahrzeug liefern. Ziel ist zunächst, geeignete Messkonzepte, Algorithmen und technische Anforderungen zu entwickeln. Die gewonnenen Ergebnisse können später als Grundlage für konkrete Instrumente und Missionen dienen.
Besonders entscheidend ist die Verbindung verschiedener Fachgebiete. Ohne präzise Seismologie entsteht kein zuverlässiges Untergrundbild. Ohne Navigation kennen die Forschenden die Positionen ihrer Sensoren nicht genau genug. Ohne Robotik kann das Messnetz nicht bewegt werden, und ohne intelligente Datenverarbeitung wäre die große Menge an Messwerten kaum autonom auszuwerten.
Fazit: Die Suche unter der Oberfläche beginnt auf der Erde
Wassereis auf dem Mond ist keine bloße Science-Fiction-Idee mehr. Raumsonden haben seine Existenz in dauerhaft verschatteten Polarregionen bestätigt. Die entscheidende Herausforderung besteht nun darin, einzelne Lagerstätten präzise zu lokalisieren, ihre Eigenschaften zu bestimmen und mögliche Gewinnungsverfahren vorzubereiten.
Auch Lavahöhlen könnten für die langfristige Erforschung des Mondes bedeutend werden. Sie versprechen Schutz und wissenschaftlich weitgehend unberührte Einblicke in die geologische Vergangenheit. Bevor Menschen oder umfangreiche Infrastruktur dort untergebracht werden können, müssen die verborgenen Hohlräume jedoch zuverlässig kartiert werden.
Mit den Experimenten auf Lanzarote erproben die Forschenden genau dafür ein neues Werkzeug: mobile, anpassungsfähige seismische Netzwerke, die ihre Messstrategie aufgrund der bereits gewonnenen Daten verändern können. Die schwarze Vulkanlandschaft der Kanareninsel wird damit zu einem wichtigen Zwischenschritt auf dem Weg zu einer systematischen Erkundung des Monduntergrunds.
Noch stehen die Systeme am Anfang ihrer Entwicklung. Doch eines wird bereits deutlich: Wer den Mond dauerhaft erforschen und seine Ressourcen verantwortungsvoll nutzen möchte, muss nicht nur seine Oberfläche betrachten. Die möglicherweise wertvollsten Strukturen liegen verborgen darunter.
- Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt: Lanzarote als Mondlabor
- Ludwig-Maximilians-Universität München: Seismische Erkundung von Lavahöhlen
- Offizielle Website des Forschungsprojekts NEPOS
- Fachpublikation zur Unsicherheitsanalyse autonomer seismischer Mondnetzwerke
- NASA: Forschungsstand zu Wasser und Eis auf dem Mond
- Europäische Weltraumorganisation: Bedeutung lunarer Lavaröhren
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