Mond - Astronomie.

Mond - Astronomie. 1 EINLEITUNG Mond, Name des natürlichen Satelliten der Erde, aber auch allgemeine Bezeichnung für die Trabanten anderer Planeten. Außer der Erde besitzen folgende Planeten im Sonnensystem Monde: Mars hat zwei, Jupiter 48 (plus 14 noch nicht anerkannte), Saturn 31 (plus drei noch nicht anerkannte), Uranus 21 (plus fünf noch nicht anerkannte), Neptun acht Monde (plus fünf noch nicht anerkannte). Der lange Zeit als neunter Planet des Sonnensystems geltende Zwergplanet Pluto hat drei Monde. Der Mond der Erde hat annähernd die Gestalt einer Kugel und einen Durchmesser von knapp 3 480 Kilometern, was fast einem Viertel des Erddurchmessers entspricht. Seine Masse liegt bei 7,34 × 1022 Kilogramm (1,2 Prozent der Erdmasse), seine mittlere Dichte bei 3,34 Gramm pro Kubikzentimeter (etwa 60 Prozent der mittleren Erddichte). Die Schwerebeschleunigung auf der Mondoberfläche ist sechsmal kleiner als auf der Erdoberfläche. Durch seine Gravitationskräfte übt der Mond (zusammen mit der Sonne) Einfluss auf die Gezeiten aus. Der Mond hat keine Atmosphäre; daher gibt es auf ihm auch kein Wettergeschehen, das auf das Gestein einwirken könnte. Die Temperaturen auf der Mondoberfläche schwanken extrem: Sie betragen maximal 127 °C bei voller Sonneneinstrahlung und minimal -173 °C auf der Nachtseite kurz vor Sonnenaufgang. Der Mond umrundet die Erde auf einer elliptischen Umlaufbahn in einem mittleren Abstand von 384 403 Kilometern mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 3 700 Kilometern pro Stunde. Er legt seine Umlaufbahn einmal in 27 Tagen, 7 Stunden, 43 Minuten und 11,5 Sekunden zurück; diese Umlaufzeit bezieht sich auf seine Bewegung relativ zu den Fixsternen und wird auch siderischer Monat genannt. Der Mond dreht sich außerdem um seine eigene Achse, wobei die Rotationsdauer gleich der Umlaufzeit um die Erde ist. Daher kehrt er der Erde immer die gleiche Seite zu. Der Mond ist zwischen 4,45 und 4,50 Milliarden Jahre alt. Diese Datierung stützt sich auf Halbwertszeitexperimente mit Mondgestein. Ähnlich wie bei der Kohlenstoff-14Analyse (siehe Verfahren zur Altersbestimmung) wurde das Alter anhand des Wolfram-184-Gehalts in den Proben ermittelt; dieses Isotop hat eine Halbwertszeit von 300 Billiarden Jahren (3×1017 Jahre). Die Wissenschaft, die sich mit Mondgestein und dem Inneren des Mondes befasst, nennt man Selenologie (von griechisch selene: Mond). 2 DER MOND VON DER ERDE AUS GESEHEN Obwohl der Mond sehr hell am Nachthimmel erscheint, reflektiert er nur rund 7 Prozent des auftreffenden Sonnenlichtes. Damit ist sein Reflexionsvermögen (siehe Albedo) so gering wie das von Kohlenstaub. Während eines Umlaufs um die Erde ändert er seine Position relativ zu Erde und Sonne. Dadurch wechselt der von der Sonne beleuchtete Teil des Mondes periodisch. Die unterschiedlichen Stellungen des Mondes zu Erde und Sonne werden Mondphasen genannt, den vollständigen Ablauf aller Mondphasen bezeichnet man als Lunation (von lateinisch luna: Mond). Bei Neumond liegt die erdabgewandte Seite im Sonnenlicht, während sich die sichtbare, der Erde zugewandte Seite im Schatten befindet. Eine Woche später steht der (zunehmende) Mond im ,,ersten Viertel", d. h., die Hälfte der sichtbaren Seite ist sonnenbeschienen, so dass man einen hellen Halbkreis sieht (Halbmond). Nach einer weiteren Woche zeigt sich ein Vollmond, d. h. der Mond steht der Sonne genau gegenüber, und die gesamte sichtbare Hälfte wird von der Sonne beleuchtet. Wiederum eine Woche später steht der (abnehmende) Mond im ,,letzten Viertel", und es ist wieder eine Hälfte der sichtbaren Seite sonnenbeschienen (Halbmond, jedoch die andere Hälfte als im ,,ersten Viertel"). Nach 29 Tagen, 12 Stunden, 44 Minuten und 2,8 Sekunden (synodischer Monat) ist der Zyklus abgeschlossen und beginnt erneut mit dem Neumond. Bei Vollmond kann nicht nur die Hälfte, also 50 Prozent, der Mondoberfläche von der Erde aus gesehen werden, sondern 59 Prozent. Der Grund hierfür ist die schwankende Bewegung des Mondes, die Libration. Zu Mondfinsternissen kommt es, wenn die Mondoberfläche bei Vollmond vom Erdschatten getroffen wird. 3 MONDOBERFLÄCHE Bereits mit bloßem Auge kann man von der Erde aus helle und dunkle Strukturen sowie einige Krater auf der Mondoberfläche erkennen. Mit dem Teleskop betrachtet, erweisen sich die hellen Strukturen vor allem als Gebirge, die dunklen meistens als weite Ebenen. Für die Oberflächenstrukturen wurden Bezeichnungen aus der Geographie übernommen, üblicherweise auf Lateinisch wie etwa Mare (Plural Maria) für Meer oder Mons für Berg und Montes (Plural von Mons) für Gebirge. Mit Ausnahme der Krater tragen die einzelnen Strukturen zweiteilige Namen, bestehend aus dem Gattungsnamen (z. B. Mare) und dem Eigennamen, wie etwa Mare Serenitatis (,,Meer der Heiterkeit") oder Montes Alpes. Die Krater tragen nur Eigennamen, meistens die Namen oder Vornamen berühmter Forscher in englischer Schreibweise wie Copernicus, Kepler oder Tycho. Weitere Strukturen auf der Mondoberfläche sind u. a. Rimae (Rillen), Rupes (Verwerfungen) und Valles (Täler) sowie Dome (kreisrunde Vulkankegel). Die Mondoberfläche ist Einschlägen von Körpern (z. B. Asteroiden, Meteoroiden) aus dem Raum und Teilchen des Sonnenwindes ausgesetzt, die im Lauf der Zeit für eine allmähliche Erosion des Mondbodens sorgten. Vor allem während seiner Anfangsphase (vor rund vier Milliarden Jahren) wurde der Mond so heftig mit größeren Brocken bombardiert, dass seine Oberfläche durch die dabei entstandene Hitze an manchen Stellen schmolz. Heute wird die Oberfläche von einer mehrere Meter dicken Schicht aus Trümmerschutt bedeckt, der sich vor allem in den Maria und Kratern anhäuft. Dieses Material wird Regolith genannt und besteht überwiegend aus weniger als zwei Millimeter großen Teilchen (Mondstaub), die mit Gesteinsglas und Gesteinsbruchstücken (Brekzien) vermischt sind, wobei auch größere Gesteinsbrocken eingebettet sein können. Neben dem Regolith kennt man zwei Grundtypen von Mondgestein: die vor allem in den Maria anzutreffenden Basalte, die im Vergleich zu irdischen Basalten einen deutlich höheren Titananteil aufweisen, und die feldspathaltigen Gesteine der Hochländer (Terrae), die im Vergleich zu irdischen Feldspäten einen hohen Anteil an leichten Metallen wie Aluminium und Calcium besitzen. Neben den Hauptmineralen, die man auch in irdischen Gesteinen findet, wurden auf dem Mond Gesteine und Isotope entdeckt, die nicht auf der Erde vorkommen. Zu ihnen zählen z. B. das Armalcolit (Fe,Mg)Ti2O5, das nach der Besatzung von Apollo-11 (Armstrong, Aldrin, Collins) benannt wurde, und das Isotop Neptunium 237. Einige Mondgesteine sind schwach magnetisch und lassen den Schluss zu, dass der Mond zumindest bei der Bildung der Gesteine vor rund vier Milliarden Jahren ein Magnetfeld besaß, das aber im Lauf der Zeit fast vollständig verschwand. 4 DAS MONDINNERE Jahrelange seismische Untersuchungen lieferten Hinweise, dass der Mond wie die Erde schalenartig aufgebaut ist. Die äußerste Schale ist die Mondkruste, die auf der erdzugewandten Seite etwa 60 Kilometer und auf der erdabgewandten Seite etwa 120 Kilometern dick ist. Der Kruste folgt der vorwiegend aus Basalt bestehende Mantel. Er reicht in eine Tiefe von 800 bis 1 100 Kilometern. In einer Tiefe von etwa 1 000 Kilometern befindet sich eine Diskontinuität zwischen festem und zähflüssigem Material, die als Ursprungsort für Mondbeben gilt. Die Bebenhäufigkeit schwankt periodisch und ist dann am größten, wenn der Mond den erdnächsten (Perigäum) und den erdfernsten (Apogäum) Punkt auf seiner Erdumlaufbahn erreicht. Daher vermutet man, dass die Mondbeben durch die Gravitation der Erde ausgelöst werden. Die Temperaturen im Mondinneren werden auf etwa 1 200 bis 1 600 °C geschätzt, d. h., einige Bereiche nahe dem Mondmittelpunkt können flüssig sein. Vermutlich verfügt der Mond über einen Kern. 5 DIE ENTSTEHUNG DES MONDES Vor der modernen Weltraumforschung gab es im Wesentlichen drei Theorien zur Entstehung des Mondes: Abspaltung von der Erde, gleichzeitige Bildung von Erde und Mond sowie Bildung fern von der Erde mit anschließendem ,,Einfangen". 1975 gewann eine vierte Theorie die Oberhand, nachdem Mondgesteine und Nahaufnahmen der Mondoberfläche genauer untersucht worden waren. Als wahrscheinlichste Möglichkeit gilt seither die Bildung durch einen Planetoidenaufprall auf der Erde. 5.1 Bildung durch Abspaltung von der Erde Nach der modernen Version dieser Theorie spaltete sich in der erdgeschichtlichen Frühzeit, als die Erde sehr schnell rotierte, das Material des Mondes durch die Fliehkraft von der Erde ab. Diese Vorstellung wurde teilweise dadurch gestützt, dass der Mond etwa die gleiche Dichte hat wie die Gesteine im oberen Erdmantel. Jedoch hätte der Drehimpuls der Erde nach dieser Theorie zum Erzeugen der Rotationsinstabilität viel größer sein müssen, als es der Drehimpuls des heutigen Systems Erde-Mond tatsächlich ist. Nach den Gesetzen der Mechanik bleibt aber der gesamte Drehimpuls eines isolierten Systems (wie es Erde und Mond im Wesentlichen darstellen) konstant. 5.2 Gemeinsame Bildung Nach dieser Theorie kondensierten Erde und Mond jeweils für sich während der Entstehung unseres Sonnensystems - ebenso wie alle anderen Himmelskörper des Sonnensystems - aus Wolken von Gasen und festen Teilchen, dem so genannten solaren Nebel. Der größte Teil dieser Materie konzentrierte sich im Zentrum und bildete die Sonne. 5.3 Bildung fern von der Erde Gemäß dieser Theorie bildeten sich Erde und Mond unabhängig voneinander. Aber anders als bei der zweiten Theorie nimmt man an, dass der Mond in einem anderen Bereich des Sonnensystems entstand, weit von der Erde entfernt. Später führten ihre Umlaufbahnen die beiden Körper nahe zusammen, und dabei wurde der Mond von der Erde ,,eingefangen". 5.4 Planetoidenaufprall Nach dieser 1975 aufgestellten Theorie wurde die Erde vor mehr als vier Milliarden Jahren von einem großen Planetoiden getroffen, der etwa die Größe des Mars gehabt haben muss und der unter dem Namen Theia in die Wissenschaft einging. Der ungeheure Aufprall beförderte Teile der Erde und des Planetoiden in eine Umlaufbahn, wo sie sich vereinigten und den Mond bildeten. Diese Theorie basiert u. a. auf Untersuchungen des Mondgesteins, das von den Mondexpeditionen mitgebracht worden war; so erwies sich etwa die Zusammensetzung der Sauerstoffisotope im Mondgestein als praktisch identisch mit ihrer Zusammensetzung im Erdgestein. Die Theorie, dass ein Zusammenprall zwischen der Erde und Theia der Entstehung des Mondes voranging, wird derzeit in der Wissenschaft mehrheitlich anerkannt, hat aber einen gravierenden Schwachpunkt: Nach dem Aufprall hätte die Erde völlig geschmolzen sein müssen, wofür es aber keine geochemischen Anzeichen gibt. Mögliche Hinweise für eine Entstehung des Mondes durch Planetoidenaufprall lieferten aber auch Messergebnisse der NASA-Mondsonde Lunar Prospector im Jahr 1999. Danach macht der Eisenkern des Mondes etwa 4 Prozent seiner Gesamtmasse aus, während der Kern der Erde rund ein Drittel ihrer Gesamtmasse bildet; diese Verhältnisse galten als Beleg dafür, dass die Erde, nachdem sich ihr Kern gebildet hatte, mit einem Planetoiden kollidierte. Anschließend könnte sich aus dem, was nach dem Zusammenprall von dem Planetoiden übrig blieb, der Mond gebildet haben. 6 AUSGEWÄHLTE MONDMISSIONEN In den späten fünfziger Jahren unternahmen die USA und die Sowjetunion erste Versuche, einen künstlichen Satelliten zum Mond zu schicken. 1959 flog die russische Sonde Lunik 1 in einer Entfernung von rund 65 000 Kilometern am Mond vorbei. Im selben Jahr traf Lunik 2 planmäßig auf der Mondoberfläche auf, und Lunik 3 lieferte wenig später die ersten Aufnahmen von der erdabgewandten Seite des Mondes. Die ersten Nahaufnahmen von der erdzugewandten Mondseite übertrug 1964 die NASA-Sonde Ranger 7, kurz bevor sie auf der Oberfläche aufschlug. In der Folgezeit starteten beide Länder weitere Mondsonden, von denen einige auch weich auf dem Erdtrabanten landeten, d. h. sie wurden dabei nicht zerstört. Einige dieser Sonden analysierten mit ihren Bordinstrumenten Mondgestein vor Ort, andere sendeten Proben zur Erde zurück. Zwischen 1969 und 1972 führten die USA mit ihrem Apollo-Programm die ersten bemannten Mondexpeditionen durch, darunter die Mondlandungen der Apollo-Missionen 11, 12 und 14 bis 17. Während der bemannten Mondlandungen wurden insgesamt 384 Kilogramm Mondgestein gesammelt und anschließend zur Erde gebracht; außerdem wurden Tausende von Photographien angefertigt und diverse Messinstrumente auf dem Mond installiert. Die Apollo-Astronauten waren die ersten Menschen, die den Mond betreten haben. Hinweise auf Spuren von Wasser oder Wassereis entdeckten die 1996 gestartete US-Sonde Clementine und die 1998 nachfolgende Sonde Lunar Prospector in Kratern der Polregionen. Diese Hinweise ließen sich jedoch nicht eindeutig bestätigen. Wassereis könnte von abgestürzten Kometen stammen und in diesen Kratern verweilen, weil die Polregionen nie direkt von der Sonne bestrahlt werden und die Temperaturen bei ungefähr -150 °C liegen. Neben den USA und der Sowjetunion bzw. Russland unternahmen auch Raumfahrtorganisationen aus anderen Ländern Mondmissionen. So erkundete z. B. die Europäische Weltraumorganisation (ESA) mit ihrer Sonde SMART-1 (SMART: Small Missions for Advanced Research in Technology) den Erdtrabanten von November 2004 bis September 2006. SMART-1 untersuchte die chemische Zusammensetzung des Mondes und erstellte eine dreidimensionale Karte der Mondoberfläche. Die Sonde war mit einem Ionenantrieb ausgestattet, der in der Anfangsphase zwar niedrigere, aber später höhere Geschwindigkeiten erreichen kann als herkömmliche Raketentriebwerke und zudem auch weniger Treibstoff benötigt. SMART-1 stürzte kontrolliert auf dem Mond ab. Die japanische Luft- und Raumfahrtorganisation JAXA startete im September 2007 ihre Mission Kaguya. Im Mittelpunkt der Mission steht der Satellit Selene (Selenological and Engineering Explorer), der mit seinen Bordinstrumenten und abkoppelbaren Teilsonden u. a. die mineralogische Zusammensetzung des Mondes, dessen Topographie und Gravitationsfeld sowie das Plasma im Raum zwischen Mond, Sonne und Erde genauer untersuchen soll. Bearbeitet von: Maurice Wiederhold Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Alle Rechte vorbehalten.