Was auf der Erde rieselt, bleibt auf dem Mond stecken und das ist der Grund
02. November 2026
Auf dem Mond wiegt Sand nur etwa ein Sechstel so viel wie auf der Erde. Trotzdem kann er dort schneller Öffnungen verstopfen. Forschende haben im Bremer GraviTower untersucht, warum das passiert. Ihre Ergebnisse könnten helfen, Förderanlagen für künftige Mondmissionen zuverlässiger zu konstruieren.
Sand rieselt durch einen Trichter, bis die Öffnung plötzlich verstopft. Auf der Erde lässt sich das beispielsweise an einer Sanduhr beobachten. Auf dem Mond könnte dieser Effekt zu einem ernsthaften Problem werden. Denn dort ist die Schwerkraft wesentlich geringer. Körniges Material bleibt deshalb unter bestimmten Bedingungen sogar häufiger stecken.
Das hat ein internationales Forschungsteam um Oliver Gaida von der Universität Duisburg-Essen, Olfa D’Angelo von der Universität Amsterdam und Jonathan Kollmer vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) untersucht. Für ihre Experimente nutzten sie den GraviTower am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen. Die Ergebnisse wurden am 2. September 2026 im Fachjournal Physical Review E veröffentlicht. Ende Oktober stellte das ZARM die Forschung in einer Pressemitteilung vor.
Ein kleines Sandkorn, ein großes Problem
Auf der Erde zieht die Schwerkraft jedes Sandkorn nach unten. Zwischen den einzelnen Körnern wirken aber auch andere Kräfte. Sie können dazu führen, dass Partikel aneinanderhaften oder sich gegenseitig blockieren.
Auf dem Mond beträgt die Schwerebeschleunigung nur etwa 1,62 m/s². Zum Vergleich: Auf der Erde sind es rund 9,81 m/s². Die Gewichtskraft eines Sandkorns ist dort also etwa sechsmal größer.
Die Anziehungskräfte zwischen den Partikeln nehmen dagegen nicht im gleichen Maß ab. Unter Mondbedingungen gewinnen sie deshalb gegenüber der Gewichtskraft an Bedeutung.
An einer engen Öffnung können die Körner dadurch stabile Bögen bilden, die den Materialfluss blockieren. Fachleute sprechen von Clogging, also einer Verstopfung durch körniges Material.
Die Sache ist allerdings komplizierter, als es diese Erklärung vermuten lässt. Bei geringerer Schwerkraft lagern sich Partikel in der Nähe einer Öffnung unter Umständen weniger dicht aneinander. Das könnte eigentlich gegen Verstopfungen sprechen. Frühere Untersuchungen lieferten deshalb teilweise widersprüchliche Ergebnisse. Das Bremer Experiment sollte klären, welche Kräfte das Verhalten tatsächlich bestimmen.
Bremer Forscher testen künstlichen Mondboden
Dafür bauten die Forschenden eine spezielle Sanduhr, deren Inneres nahezu zweidimensional ist. Das Material konnte durch unterschiedlich große Öffnungen fließen. Eine Kamera zeichnete auf, ob die Körner ungehindert hindurchrieselten oder eine Blockade bildeten.
Die Sanduhr befand sich in einer Vakuumkammer innerhalb der Experimentkapsel des GraviTower Bremen. Die Anlage ermöglicht Versuche unter tatsächlich verringerter Schwerkraft. Die Forschenden untersuchten das Fließverhalten unter Bedingungen, die denen von Erde, Mars und Mond entsprechen beziehungsweise nahekommen.
Zum Einsatz kamen drei unterschiedliche Materialien:
- JSC-1A: ein künstlich hergestelltes Material, das Eigenschaften von Mondregolith nachbildet.
- LHS-2E: eine weitere Nachbildung von Mondboden.
- Zerkleinerter Basalt: ein Vergleichsmaterial aus vulkanischem Gestein.
Die Forschenden variierten außerdem die Öffnungsweite zwischen 1 und 20 mm und verwendeten Trichterwinkel von 60° und 120°. So konnten sie prüfen, bei welchen Kombinationen das Material stecken blieb.
Die Unterschiede waren deutlich. Bei einer Öffnung von 10 mm und einem Trichterwinkel von 60° floss der Basalt sowohl unter Erd- als auch unter Mondgravitation. Das Material JSC-1A rieselte auf der Erde ebenfalls durch die Öffnung, blieb unter Mondbedingungen jedoch stecken. LHS-2E bildete schon bei Erdgravitation eine Blockade.
Die Ergebnisse zeigen: Nicht allein die Schwerkraft entscheidet darüber, ob Sand fließt. Ebenso wichtig sind die Eigenschaften der Körner.
Ein neues Modell erklärt die widersprüchlichen Ergebnisse
Um die Unterschiede zu erklären, konzentrierten sich die Forschenden auf die sogenannte granulare Bond-Zahl. Sie beschreibt das Verhältnis zwischen den Kräften, die Partikel zusammenhalten, und ihrer Gewichtskraft.
Ist die Gewichtskraft im Vergleich zu den zusammenhaltenden Kräften groß, kann das Material leichter auseinandergezogen werden und fließen. Nimmt die Schwerkraft ab, gewinnen die Kräfte zwischen den Körnern an Bedeutung.
Interessant ist dabei auch die Partikelgröße. Die Forschenden zeigen, dass unter Mondgravitation bereits größere Körner ein Verhalten entwickeln können, das auf der Erde vor allem bei feineren Partikeln auftritt.
Bei den untersuchten Materialien verschiebt sich der Bereich, in dem die zusammenhaltenden Kräfte besonders stark dominieren, beispielsweise von Partikelgrößen um 20 µm auf der Erde auf etwa 40 µm unter Mondgravitation.
Mit der granularen Bond-Zahl konnten die Wissenschaftler ihre Messwerte so umrechnen, dass zuvor widersprüchliche Ergebnisse in einem gemeinsamen Modell zusammenpassen. Das eröffnet die Möglichkeit, aus Versuchen auf der Erde besser auf das Fließverhalten bei geringerer Schwerkraft zu schließen. Allerdings ist das Modell noch nicht an beliebigen Materialien oder technischen Anlagen überprüft worden. Die Forschenden weisen selbst auf die begrenzte Zahl der Versuche hin.
Warum die Ergebnisse für Mondmissionen wichtig sind
Auf der Mondoberfläche liegt Regolith, eine Schicht aus Staub, Gesteinsbruchstücken und anderen lockeren Materialien. Für künftige Missionen soll dieser Rohstoff möglichst direkt vor Ort genutzt werden.
Dabei muss das Material abgebaut, transportiert, sortiert und verarbeitet werden. Besonders an Übergabestellen, Trichtern und Dosieröffnungen können Verstopfungen technische Prozesse unterbrechen.
Wie solche Anlagen aussehen könnten, zeigt bereits das Bremer Forschungsprojekt zur Sauerstoffgewinnung aus Mondregolith. Dort wurden Verfahren entwickelt und getestet, um künstlichen Mondboden mit Robotern abzubauen und für die weitere Verarbeitung vorzubereiten.
Auch beim Fahren auf lockerem Mondboden spielt die Schwerkraft eine entscheidende Rolle. Forschende der University of Wisconsin–Madison zeigten beispielsweise, warum herkömmliche Rover-Tests auf der Erde zu falschen Einschätzungen führen können.
Das neue Bremer Modell betrifft einen anderen Teil dieses Problems: Es hilft dabei abzuschätzen, wann körniges Material an Engstellen zum Stillstand kommt. Daraus könnten sich Hinweise für die Auslegung von Behältern, Trichtern und Förderanlagen ergeben.
Getestet wurden allerdings keine vollständigen Maschinen. Auch die tatsächlichen Bedingungen auf der Mondoberfläche lassen sich mit den Experimenten nicht vollständig nachbilden.
Der GraviTower ermöglicht mehr Experimente
Für die Untersuchung war der GraviTower Bremen entscheidend. Er ergänzt den bekannten Bremer Fallturm und erlaubt wiederholbare Experimente unter reduzierter Schwerkraft.
Olfa D’Angelo von der Universität Amsterdam erklärt dazu in der ZARM-Pressemitteilung vom 29. Oktober 2026: „Der GraviTower ermöglicht Experimente, die sonst auf der Erde nicht durchführbar wären, ohne in ein Flugzeug zu steigen“
Anders als bei rein rechnerischen Simulationen wirkt die veränderte Schwerkraft im GraviTower tatsächlich auf die untersuchten Materialien. Das ermöglicht direkte Messungen des Partikelverhaltens.
Die neue Studie zeigt damit, warum sich das Fließverhalten von Sand nicht einfach von der Erde auf den Mond übertragen lässt. Entscheidend ist das Zusammenspiel von Schwerkraft und Materialeigenschaften. Bei bestimmten Regolith-Simulanzien können bereits Öffnungen verstopfen, durch die dasselbe Material auf der Erde noch problemlos fließt. Für die Konstruktion künftiger Anlagen zur Verarbeitung von Mondregolith ist das eine wichtige Erkenntnis.
Quellen
- ZARM, Universität Bremen: Wie fließt Sand auf dem Mond? – Pressemitteilung vom 29. Oktober 2026, einschließlich Originalzitat.
- Gaida, D’Angelo und Kollmer: Granular clogging across gravities: A unified scaling – Physical Review E, 2. September 2026, DOI: 10.1103/x3bt-63wt.
- Frei zugängliche Manuskriptfassung der Studie – Versuchsaufbau, Messdaten, Partikelgrößen und Grenzen der Untersuchung.
Ein Beitrag von:
