Zwei Monate nach der Ankunft in ihre Umlaufbahnen um den Mond beginnen die Zwillingssonden das Gravitationsfeld des Mondes zu vermessen. In den nächsten 84 Tagen werden sie eine hochaufgelöste Karte erstellen, die hundert- bis tausendmal genauer sein soll als bisherige Gravitationsfeld-Karten.

Schon am 19. Januar machten die GRAIL-Mission von sich reden: Eine der beiden Sonden hatte ein Video der Rückseite des Mondes aufgenommen. Laut NASA ist es das erste von der Seite des Mondes, die nie von der Erde aus zu sehen ist. Mit solchen Bildern soll auch das Interesse von Schülern an der Erforschung des Mondes geweckt werden. So dürfen sie Aufnahmen der Sonden verwenden und genauer unter die Lupe nehmen.

Bewährte Technik im Einsatz

Am 10. September schickte die NASA die Zwillingssonden GRAIL-A und -B vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida ins All. Nach dreieinhalb Monaten Flug trat die erste der beiden Sonden planmäßig am Silvesterabend in die Umlaufbahn des Mondes ein, die zweite kam am 1. Januar 2012 nach.

Die beiden Zwillingssonden, die jeweils so groß wie eine Waschmaschine sind, greifen bei der Datenerfassung auf eine bewährte Technik zurück: Gemeinsam mit dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum DLR startete die NASA im Jahr 2002 die Kleinsatelliten-Mission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment). Ziel der bis 2015 verlängerten Mission: ein Modell des Erdgravitationsfeldes mit außergewöhnlicher Genauigkeit. Auch hier fliegen zwei baugleiche Satelliten in einem Abstand von 220 Kilometern und vermessen lokale Veränderungen der Anziehungskraft der Erde, die durch unterschiedliche Masse und Massebewegung unterschiedlich stark ausgeprägt sind.

Zwillingssonden im Einsatz

Genau das Gleiche sollen die beiden GRAIL-Sonden tun. Dreieinhalb Monate lang flogen sie auf verschiedenen kreisförmigen Routen zum Mond. GRAIL-A legte dabei 4,2 Millionen Kilometer zurück, GRAIL-B 4,3 Millionen. Nachdem sie sicher im Mondorbit angekommen sind, umrunden die beiden Sonden in gleichbleibendem Abstand zueinander den Mond. Sie fliegen in nur sechzig Kilometer Höhe über die Pole. GRAIL-B verfolgt GRAIL-A versetzt, in einem Abstand von rund 200 Kilometern. Dabei funken sich die beiden ihre Positionsdaten zu. Verändern sich diese nur minimal, deutet das auf Veränderungen des Gravitationsfeldes und damit auch auf die Zusammensetzung des Mondes hin.

Wechselnde Anziehung

Schon bei den ersten Mondflügen stellte sich heraus, dass Mondsonden unterschiedlich angezogen wurden. Selbst beim Überfliegen von ebenen Flächen war die Anziehung vom Mond mal stärker, mal schwächer, dabei sollte sie hier gleichbleibend sein. Dieses Phänomen wird durch die unterschiedlichen Gesteinsvorkommen hervorgerufen. Je dichter das Gestein, desto stärker die Anziehung. Auch Gebirge ziehen normalerweise aufgrund ihrer hohen Masse überfliegende Sonden stärker an. Daneben gibt es aber Gebirge, bei denen dies nicht passiert. Dann befinden sich unter massereichen Gebirgen Schichten von geringer Dichte, die den Effekt aufheben: Das bezeichnet man als hydrostatischen Ausgleich.

Hinweise auf die Entstehung

Solch ein hydrostatischer Ausgleich gibt Rückschlüsse darauf, wie der Mond entstanden ist. Denn er kann nur stattfinden, wenn sich der Berg gebildet hat, als der Mond noch jung und die Oberfläche heiß und mit Lavaströmen bedeckt war. Besteht ein Berg aus Material eines Meteoriteneinschlags, der stattgefunden hat, als die Erde schon fest war, ist dieser Effekt nicht mehr möglich.

"GRAIL wird Mysterien rund um den Mond entschlüsseln und uns helfen zu verstehen, wie der Mond, die Erde und auch andere Gesteinsplaneten entstanden sind", sagte eine der leitenden Wissenschaftlerinnen, Maria Zuber, vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Denn durch das Aufzeichnen von Schwankungen der Anziehung sollen die Sonden auch Aufschluss über die Strukturen im Mondinneren von der Kruste bis zum Kern geben.