Der Mond


 

 

 


Der Kursleiter der Astronomiekurse hat vor einigen Jahren unter Mitwirkung von interessierten Schülern ein Verfahren entwickelt, hochauflösende Mondbilder mit kleinen Teleskopen herzustellen. Die Ergebnisse waren so hervorragend, dass einige der Bilder in verschiedenen Zeitschriften, Büchern und sogar auf CD veröffentlicht wurden! Ein Beispiel (allerdings mit stark reduzierter Bildschärfe durch die Bildkompression) findet sich hier, viel Spaß beim Anschauen (Scrollbalken verwenden)! Weitere Bilder (auf das Zeichen "<" klicken) finden sich hier!

Entstehung des Mondes: Über die Entstehung des Mondes existieren verschiedene Theorien, wie die Abspaltung von der Erde durch schnelle Rotation oder bei einem Zusammenstoß mit einem großen Körper, gleichzeitige Entstehung als Doppelplanet, oder das spätere Einfangen. Das Problem ist bis heute ungelöst. Wie nahezu alle Körper in seiner Größe besitzt der Mond keine nennenswerte Atmosphäre, und der Gasdruck auf der Oberfläche ist millionenmal tiefer als das beste Laborvakuum. Nur bei Meteoriteneinschlägen können geringe Gasmengen freigesetzt werden, die dann aber in den Weltraum entweichen. Sensationell ist die Entdeckung, dass es in sonnengeschützten Kratern auf dem Mond eventuell noch Wassereis gibt.

Bemerkenswert ist die stark schwankende Dichte des Mondes. Diese erklärt man durch eingelagerte dichte Brocken, die während der Erkaltung des Mondes in ihn hineingesunken sind. Vor allem im Bereich der Mare-Gebiete zeigen sich große Abweichungen in der Schwerebeschleunigung, man vermutet dort riesige Eisen- und Nickellagerstätten. Früher spielte man mit dem Gedanken den Mond industriell zu nutzen. Es wurde dabei an Bergwerke gedacht und an Anlagen zur Stromerzeugung. Der gewaltige finanzielle Aufwand lässt jedoch diese Vorhaben vorerst als unrentabel erscheinen. Obwohl der Mond praktisch kein Magnetfeld besitzt, kann man eine permanente Magnetisierung in alten Gesteinen feststellen, die während der Erstarrung der Mondkruste eingefroren wurde.

Der Mond ist in erster Linie für die Gezeiten auf der Erde verantwortlich. Mit dem kulminieren des Mondes hebt und senkt sich der Wasserstand (und auch der feste Erdboden) zweimal täglich. Springfluten entstehen wenn die Sonne auf der Linie Erde-Mond steht, und die Kräfte verstärkt. Durch entsprechende Kräfte die von der Erde auf den Mond rückwirken, kommt es vor allem wenn sich die beiden Himmelskörper besonders nahe stehen, zu Mondbeben.

Der Mond kehrt der Erde immer die gleiche Seite zu (vollständig gebundene Rotation). Er läuft auf seiner elliptischen Bahn ungleichmäßig schnell, die Rotation macht diese periodischen Schwankungen jedoch nicht mit. Daher bekommen wir im erdnahen Stück der Mondbahn mehr von der rechten Seite im erdfernen Stück mehr von der linken Seite des Mondes zu sehen. Dieser Effekt von 7° wird als Libration der Länge bezeichnet; da es wegen des 6,5° Winkels zwischen Mondachse und Erdachse auch eine Libration der Breite gibt, können wir fast 59% der Mondoberfläche betrachten. Die Mondoberfläche ist staubig, öde und leer, s. Bild rechts (NASA) von einem Apollo Flug!

 


Einige Daten des Mondes im Vergleich zur Erde


  

Physikalische Daten

Erde

Mond

 

So könnte es einmal ausgesehen haben, falls die Theorie stimmt, dass sich der Mond aus Trümmern der Erde nach einem Zusammenstoss mit einem großen Asteroiden gebildet hat. (Bild: NASA)

Die Tatsache, dass das Mondgestein mit dem Gestein der Erde weitgehend identisch ist, deutet jedenfalls stark auf diese Möglichkeit der Entstehung hin.

Äquatordurchmesser

12 756,8 km

3476 km

Poldurchmesser

12 713,8 km

3474 km

Abplattung

1/297

1/1700

Maximale Höhenunterschiede

ca. 20,5 km

ca. 12 km

Masse

5,977 1024 kg

7,350 1022 kg

Masse in Erdmassen

1

0,01227

Mittlere Dichte

5,517 g/cm3

3,341 g/cm3

Polachsenneigung zur Ekliptik

23°27‘

1°31‘

Atmosphärischer Druck in Nullhöhe

1013 mb

10-6 – 10-12 mb

Temperaturmaxima

+ 60°C (Luft)

+ 120°C (Boden)

Temperaturminima

- 60°C (Luft)

- 130°C (Boden)

Albedo (Rückstrahlfähigkeit)

0,5 +/- 0,1

0,07

Schwerkraft an der Oberfläche

981 +/- 1 cm/s2

162,694 cm/s2

Fluchtgeschwindigkeit

11,18 km/s

2,38 km/s

Rotationszeit

23 Std 56 Min

27,3 d

Periode der Phasen

 

29,5 d

Stärke des Magnetfeldes (Äquator)

30 000 Gamma

6 – 300 Gamma

Wärmefluss aus dem Inneren

8,4 W/cm2

2,5 – 3 W/cm2

Mittlere Entfernung zur Sonne (1AE)

149 597 870 km

 

Entfernung von der Erde

 

356/407000 km


Die Apollo-Missionen



Eines der faszinierendsten Kapitel in der Geschichte der Menschheit ist sicher die Eroberung des Mondes. Es begann 1959, als die russische Sonde Luna 2 auf dem Mond aufschlug, und kurz darauf Luna 3 die ersten Bilder von der geheimnisvollen Rückseite des Mondes machte. Amerikanische Versuche schlugen zunächst fehl, erst 1964 filmte Ranger 7 seinen eigenen Absturz auf den Mond, zwei weitere Ranger-Sonden folgten 1965. Ein Jahr später warf Luna 9 eine Instrumentenkapsel kurz vor dem Aufprall auf dem Mond ab, im selben Jahr gelang den Amerikanern die erste richtige "weiche" Landung mit Surveyor 1. Der Mond wurde genau vermessen, zwei Jahre lang sendeten die Lunar Orbiter Sonden tausende von Bildern zur Erde. Hier noch einige Bilder von den Anfängen der Raumfahrt zum Mond (NASA).


Das Bild links (NASA) zeigt das Logo der Apollo 11 Mission: 1968 war es so weit! Es kam zu 10 bemannten Mondumrundungen in 110 km Höhe durch die Apollo 8 Astronauten. Am 20.7.69 folgte dann der historische Moment: weltweit verfolgten die Menschen "live" die fast missglückte Apollo 11 Landung auf dem Mond, und atemlose Stille herrschte, als kurz darauf Neil Armstrong mit den Worten "Ein kleiner Schritt für einen Mann, aber ein großer Schritt für die Menschheit" als Erster den Mondboden südwestlich des Mare Tranquilitates berührte. Weitere 5 Mondlandungen fanden statt, die letzte war Apollo 17, dabei wurden 385 kg Mondmaterial gesammelt, 12 Astronauten legten zusammen in 166 Stunden über 100 km auf dem Mond zurück, bei den letzten Missionen sogar mit einem Mondauto, (Bild: NASA), machten Experimente, und bauten Forschungsstationen auf. Insgesamt verschlang das Apollo Projekt 25 Milliarden Dollar.

Das war lebensgefährlich: Bei den Apollo-Flügen gab es nicht nur durch die komplizierte Technik ein enormes Risiko, sondern auch noch gänzlich unkalkulierbare Gefahren. Hätte es während einer Mission eine starke Sonneneruption gegeben, so wären die Astronauten praktisch schutzlos einer tödlichen Strahlendosis ausgesetzt worden. Solche extremen Ausbrüche haben eine sehr kurze Vorwarnzeit, die Astronauten hätten sich nicht schützen können. Zum Glück ging es aber immer gut! Will man aber in Zukunft auf dem Mond feste Stationen einrichten, so muss eine der wichtigsten Aufgaben sein, für einen sicheren Schutz gegen Sonneneruptionen zu sorgen (z.B. durch unterirdische Aufenthaltsräume).

 

Die gigantische Saturn 5 Rakete wurde entwickelt, um das Raumfahrzeug nach dem Start auf die erforderliche Fluchtgeschwindigkeit von 40 000 km/h zu bringen. Da die Reise zum Mond 65 Stunden dauerte, musste auf einen Punkt der Mondbahn gezielt werden, der ca. 240 000 km vor der Mondposition beim Start lag. Die Sonde wird dann wegen der Erdanziehung immer langsamer, bis sie im Schwerefeld des Mondes erneut auf 8000 km/h beschleunigt. Bremsraketen bremsen für die Mondumlaufbahn auf 5800 km/h ab. Nach Abtrennen von der Kommandokapsel landete die Mondfähre weich, anschließend kehrte nur der Aufstiegsteil der Fähre zur Kommandokapsel zurück. Der Rückflug zur Erde erforderte beim Mond die Fluchtgeschwindigkeit von ca. 9000 km/h, in Erdnähe musste dann die enorme Fallgeschwindigkeit vom über 40 000 km/h beim Eintritt in die Atmosphäre abgebremst werden. Gestartet war eine milliardenteure, 110m hohe Rakete, zurück kam eine nicht einmal 4m durchmessende, verkohlte Kapsel! Mit Seismometern, Magnetometern, Strahlungsmessgeräten, Wärmeflussmetern und Laserreflektoren wurden viele neue Erkenntnisse über den Mond gewonnen, die Frage seiner Herkunft konnte jedoch auch mit den Apollo-Flügen nicht endgültig geklärt werden. Es stellte sich heraus, dass das Mondmaterial dem Material der Erde sehr ähnlich ist, was die Theorie unterstützt, nach der der Mond durch einen Zusammenstoss mit einen riesigen Asteroiden aus der Erde herausgebrochen wurde, und so eigentlich ein Teil der Erde ist. Um sich eine Vorstellung von einer der gigantischsten Maschinen zu machen, die je von der Menschheit gebaut wurden, sind im Folgenden einige Daten der Saturn V-Rakete aufgelistet:

 

Dritte Stufe (S-IVB)

Durchmesser:                        6,6m

Höhe:                                      17,8m

Gewicht mit Treibstoff:          1,19 x 105 kg

Gewicht ohne Treibstoff:       1,17 x 104 kg

Treibstoff:                                flüssiger Sauerstoff + Wasserstoff

Schub:                                     9,6 x 105 N

Zweite Stufe (S-II)

Durchmesser:                       10m

Höhe:                                      24,8m

Gewicht mit Treibstoff:          4,87 x 105 kg

Gewicht ohne Treibstoff:       3,83 x 104 kg

Treibstoff:                                flüssiger Sauerstoff + Wasserstoff

Schub:                                     5,8 x 106 N

Erste Stufe (S-IC)

Durchmesser:                        10m

Höhe:                                       42m

Gewicht mit Treibstoff:          2,28 x 106 kg

Gewicht ohne Treibstoff:       1,33 x 105 kg

Treibstoff:                                flüssiger Sauerstoff + Kerosin

Schub:                                     34,2 x 106 (absolut unvorstellbar!)

 


Der erste Mensch auf dem Mond (Apollo 11)


 

Apollo 11 war nicht die interessanteste und auch nicht die ergiebigste Mission, aber es war die erste Mission, bei der Menschen den Fuß auf den Mond setzten. Wer die Vorbereitungs-Missionen Apollo 1-10 verfolgt hatte, konnte sich gerade noch vorstellen, dass diese riesige Saturn-Rakete die winzige Kapsel mit den Astronauten heil zum Mond bringen könnte, und mit viel Glück auch zurück zur Erde. Das aber aus dem Mondorbit auch noch das Landemodul heil auf der Mondoberfläche aufsetzen würde, und mehr noch, auch von dort in die Umlaufbahn zurückkehren würde, konnte man sich eigentlich beim besten Willen nicht vorstellen. Trotzdem sollte nun mit dem Start von Apollo 11 am16.07.69 endlich das große Ziel verwirklicht werden. Man war gedrängt durch sowjetische Erfolge in der Raumfahrt, und nicht nur wegen der Verzögerung durch die Katastrophe von Apollo 1 war ein weiterer Aufschub nicht mehr akzeptabel. Und so machte sich bereits zwei Monate nach Apollo 10-Testflug Apollo 11 mit den Astronauten Neil Armstrong, Edwin „Buzz“ Aldrin und Michael Collins auf den Weg zum Mond. Die Mission war bis auf die Landung genau identisch mit dem Testflug von Apollo 10.

Der Start verlief ohne Probleme. Stufe 1 hatte 810.000 l Kerosin und 1,3 Mio. Liter Sauerstoff getankt. Sie war nach 150 Sekunden ausgebrannt. Die Stufen 2 und 3 führten Sauerstoff- und Wasserstoff mit. In einer Erdumlaufbahn wurden noch einmal alle Systeme überprüft, und als nach 2 h 33 min das OK von der Erde kam, zündete das Triebwerk der 3. Stufe noch einmal und beförderte die Apollo – Kapsel in Richtung Mond. Auf dem Flug dorthin mussten die Astronauten die Mondlandeeinheit (s. Bild links, NASA) aus der Hülle ziehen, und an das Versorgungsmodul andocken, die Systeme überprüfen, Kurskorrekturen durchführen, und selbstverständlich auch schlafen sowie essen. Nach knapp 76 Stunden gelangte die Kapsel in eine Umlaufbahn um den Mond. Das Bild das sich den Astronauten bot, war einzigartig. Armstrong sagte: „Die Bilder von Apollo 8 und 10 haben uns einen guten Eindruck von dem gegeben, was wir hier sehen werden. Es sieht den Bildern sehr ähnlich. Aber, genau so wie der Unterschied, ein echtes Fußballspiel oder eines im Fernsehen zu sehen, gibt es keinen Ersatz für das Gefühl, gerade im Moment hier zu sein“. Bilder vom Start einer Apollo-Saturn V gibt es hier (NASA).

Nach 5 ½ Umrundungen des Mondes begannen die Vorbereitungen für den Landeanflug. Michael Collins musste in der Kommandoeinheit zurückbleiben, während die Astronauten Armstrong und Aldrin in die Mondlandefähre umstiegen. Während dem Landeanflug wurde ein Alarm wegen Computerüberlastung gegeben. Normalerweise hätte die Mission wegen solcher Probleme abgebrochen werden müssen, dank jedoch eines Mitarbeiters der Bodencrew, dem Ingenieur Steven Bales, der das Problem sofort diagnostizierte und für unbedenklich hielt, konnte der Landeanflug fortgesetzt werden. Steven Bales wurde deshalb später zusammen mit der Crew von Apollo im Weißen Haus für seinen Verdienst geehrt.

Die Landung: Die frühe Phase der Landung war computerunterstützt, d.h. der Computer steuerte alle Funktionen, die den Flug der Kapsel betrafen, während Armstrong per Hand den Landepunkt variieren konnte, falls Felsbrocken im Weg lagen. Auf dem Mond liegen kleinere Krater höchstens wenige Kilometer auseinander, und obwohl die NASA den Landeplatz für Apollo 11 sorgfältig prüfte, konnte die Flugbahn nur in einer Ellipse mit den Maßen 8 km und 2 km für die beiden Hauptachsen variiert werden. Unglücklicherweise führte der Computer Apollo 11 direkt in ein Feld voller Felsbrocken in einem Krater von der Größe eines Fußballfeldes. Armstrong musste diesen Krater überfliegen. Die computerunterstützte Veränderung des Landepunktes war unbrauchbar, denn mit ihr war es lediglich möglich, Feinabstimmungen vorzunehmen. Armstrong stellte die Mondlandeeinheit schräg und flog mit ihr wie in einem Helikopter über den Krater. Der nun sehr knapp gewordene Treibstoff stellte ein anderes Problem dar. Als sich die Mondlandeeinheit noch in einer Höhe von ca. 30 Metern befand, war nur noch Treibstoff für 60 Sekunden vorhanden. Man liest oft, dass nach der Landung nur noch Treibstoff für 20 Sekunden vorhanden war, tatsächlich hätte er aber noch für 45 Sekunden gereicht. Für alle, die dieses Ereignis live im Fernsehen verfolgten, waren diese Sekunden der Landung fast unerträglich spannend, und gehören sicher zu den wenigen unvergesslichen Eindrücken im Leben.

Der Ausstieg: Nach 5 Stunden Pause begannen die Vorbereitungen für die Arbeit außerhalb des Raumschiffes. 1½ Stunden später wurde die Tür geöffnet, und Neil Armstrong kletterte auf die Leiter. Eine speziell befestigte Kamera machte Bilder, als er weltweit live im Fernsehen übertragen, mit den Worten "Ein kleiner Schritt für einen Mann, aber ein großer Schritt für die Menschheit" den ersten Fuß auf den Mond setzte. Er  sammelte dann sofort Bodenproben   ein, nur   für den Fall, dass die Astronauten plötzlich zur Erde zurückkehren müssen. Der Boden war sehr fein und puderartig. Aldrin stieg eine Viertelstunde nach Armstrong aus der Fähre. Da der Schwerpunkt der Astronauten wegen dem schweren „Rucksack“ mit den lebenserhaltenden Systemen hinten auf dem Raumanzug (s. Bild links, NASA) nach hinten verschoben war, dauerte es eine Weile, bis die Astronauten sich sicher bewegen konnten. Mit einem Gesamtgewicht von nur 30 kg (auf der Erde hätte ein Astronaut mit Versorgungsvorrichtung rund 180 kg gewogen) erschienen die Bewegungen wie in Zeitlupe. Dank der 6-fach geringeren Schwerebeschleunigung war es Aldrin sogar möglich, auf dem Mond zu rennen. Die Arbeit der Astronauten auf dem Mond bestand aus dem Aufstellen wissenschaftlicher Geräte und der amerikanischen Flagge, dem Sammeln von Gestein sowie Fotografieren zu Dokumentationszwecken. Ein Sonnenwind – Detektor zur Untersuchung des Sonnenwindes, ein Laser Reflektor (mit einem von der Erde ausgesandten Laserstrahl ließ sich die exakte Entfernung des Mondes zur Erde messen), sowie ein Seismograph waren die wichtigsten Geräte. Der Seismograph war so empfindlich, dass er sogar den Aufschlag des Mülls, den die Astronauten vor ihrem Rückflug aus der Kapsel warfen, registrierte. Das Aufstellen der Flagge sollte sich schwieriger als angenommen herausstellen. Da auf dem Mond kein Wind weht, sollte ein ausfahrbarer Metallarm die Flagge aufgespannt halten. Soviel die Astronauten auch probierten, es gelang ihnen nicht, den Arm ganz auszufahren. Weiterhin schafften die Astronauten es nicht, den Mast tief genug in die Erde zu rammen. Nur mit viel Mühe konnte die Fahne so befestigt werden, dass sie nicht gleich wieder vor der Fernsehkamera in den Mondstaub kippte. Die Astronauten sammelten weiterhin rund 23,5 kg ausgesuchtes Mondgestein und machten ca. 100 Farbfotos. Einige Fotos vom Mond sind hier zu sehen! (Bilder: NASA).

Die Rückkehr: Nach 2 h und 31 min begaben sich die Astronauten wieder in die Mondlandeeinheit, und nach einer Ruhepause setzten sie vom Mond ab. Im Mondorbit dockten sie wieder an die Kommando – Versorgungseinheit an. Eine kurze Zündung des Triebwerks der Kommandoeinheit brachte das Raumschiff wieder auf eine Flugbahn zur Erde, wo sich die Kommando-Kapsel von der Versorgungseinheit trennte, und ohne Zündung von Bremsraketen, nur unter Schutz des Hitzeschildes, die enorme Geschwindigkeit von 40 000 km/h in der Atmosphäre abbauen musste, bevor sie an Fallschirmen im Meer niedergehen konnte. Dieses Manöver war absolut kritisch, wäre die Kapsel um den geringsten Winkel zu flach oder zu steil in die Atmosphäre eingetreten, so wäre sie entweder in das All zurückgeschleudert worden, oder in der Lufthülle verglüht, was in jedem Fall ein tödliches Ende ergeben hätte. Da wegen der Hitze beim Wiedereintritt der Funkkontakt zur Kapsel für einige Minuten abreißt, gab es auch hier noch einmal weltweit atemlose Spannung vor den Fernsehern. Aber es ging alles glatt, und so wurden die Astronauten  am 24. 07. 69 begeistert auf der Erde empfangen. Eines der großartigsten und wagemutigsten Unternehmen der Menschheit hatte ein gutes Ende genommen!

 

 

Absolute Fremdartigkeit: Die völlig fremdartigen Bedingungen, die die Astronauten auf dem Mond vorfanden, kann sich ein "Normalverbraucher" gar nicht so ohne weiteres klar machen. Vielleicht hilft da eine kleine Geschichte. Einige Experimente, die auf dem Mond aufgebaut werden sollten, waren in Paletten im unteren Teil der Mondlandefähre untergebracht. Um die Geräte zu schützen, waren sie in hermetisch abgeschlossenen Behältern gelagert, deren Deckel am Rand umlaufend verschraubt waren. Die Schrauben lagen in engen Vertiefungen, in die ein Spezialschlüssel eingeführt werden musste, um sie herausdrehen zu können. Eigentlich kein Problem, oder doch??

Die Astronauten konnten die Schlüssel jedenfalls nicht ansetzen, und die Palette nicht öffnen. Auf der Erde kein Problem, man hätte mal kurz in ein Loch geschaut um festzustellen, warum der Schlüssel nicht greift. Auf dem Mond geht das nicht so einfach. Es gibt keine Atmosphäre, deren Streulicht von allen Richtungen jeden Winkel beleuchtet. Auf dem Mond gibt es nur pechschwarze Schatten überall dort, wo kein Licht der Sonne direkt einfällt. Den Staub und die pechschwarzen Schlagschatten sieht man auch gut auf dem Bild des ersten Fußabdrucks eines Menschen auf dem Mond (Bild links, NASA). So war es für die Astronauten nicht ganz einfach, die Ursache für das Versagen der Schlüssel zu finden. Auf dem Mond ist infolge des ständigen Bombardements mit intensiver radioaktiver Strahlung die gesamte Oberfläche mit feinstem Staub bedeckt, der die Konsistenz von Puderzucker hat. Dieser Staub wird wegen der geringen Schwerkraft sehr leicht und hoch aufgewirbelt, so auch bei der Landung. Das führte dazu, dass die engen Vertiefungen, in denen sich die Schrauben befanden, teilweise mit Mondstaub angefüllt waren, und die mitgebrachten Spezialschlüssel die Schraubenköpfe nicht greifen konnten. Auf der Erde ebenfalls kein Problem, man bläst mal kurz in das Loch, und der Staub ist weg! Was aber auf dem Mond? Dort gibt es keine Luft, und die Astronauten stecken in unförmigen Anzügen! So standen die Astronauten völlig hilflos vor der Palette, und konnten sie nicht öffnen.

Folgen für die Sicherheit: Ein Glücksfall war, dass die Paletten gerade noch so leicht waren, dass es den Astronauten gelang, sie kurz umzudrehen, so konnte der Staub unter leichtem Klopfen auf die Palette aus den Löchern herausfallen. Was aber , wenn es auf dem Mond keine Schwerkraft gegeben hätte? Was aber, wenn die Paletten zu schwer gewesen wären, und überlebenswichtiges Material enthalten hätten? Das hätte dann ganz schnell in eine Katastrophe führen können! Nun könnte man leicht sagen, an diese Probleme hätten die Verantwortlichen schon vor dem Start der Mission denken müssen, aber dazu sind die Menschen eben unfähig. Tausend komplexe Probleme werden erkannt und berücksichtigt, aber das ganz banale 1001-te Problem wir übersehen. Das zeigt auch die Tatsache, dass es bei anderen Projekten wegen ganz lächerlichen Fehlern, die selbst einem durchschnittlichen Normalbürger niemals passiert wären, katastrophale Fehlschläge gegeben hat.

In diesen Zusammenhang passt auch folgende Katastrophe auf der Erde: Der Atomreaktor Three Miles Island in den USA stand in unmittelbarer Nähe von mehreren Millionen Menschen, als er eines Tages völlig außer Kontrolle geriet. Nur mit unglaublicher Anstrengung und extrem viel Glück sowie der Mithilfe von eilends angereisten Experten aus aller Welt konnte eine unvorstellbare Katastrophe, die Millionen das Leben gekostet und die halbe USA unbewohnbar gemacht hätte, in buchstäblich letzter Sekunde abgewendet werden. Wie konnte das in einem so "absolut sicheren" Kernkraftwerk der westlichen Welt geschehen, gespickt mit modernster Sicherheitstechnik, alle Systeme mehrfach vorhanden, um Ausfällen vorzubeugen? Schuld war ein ganz banaler, extrem dummer Fehler: Alle elektrischen Steuerleitungen für alle(!) Sicherheitssysteme waren in einem einzigen(!) Kabelschacht verlegt, so dass ein einfacher Kabelbrand die ganze Technik vollständig lahmlegen konnte! Diese kleinen Geschichten über die Unzulänglichkeit des Menschen zeigen wohl deutlich, mit welchen völlig unerwarteten Problemen man sich in einer so extrem fremdartigen Umgebung wie dem Weltraum herumschlagen muss, und wie gefährlich so etwas bei längeren Missionen (z.B. zum Mars) werden kann, wenn keine Hilfe von der Erde möglich ist........

 

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Mondsonde Smart 1


SMART steht für „Small Missions for Advanced Research in Technology" was so viel wie „kleine Missionen für fortschrittliche Technologieforschung" bedeutet. Sie ist Europas erste Mission zum Mond. Ihre Aufgabe besteht darin mit ca. 15kg wissenschaftlicher Ausrüstung die Mondoberfläche im Infraroten und im Röntgenlicht vollständig zu kartieren, und unter verschiedenen Winkeln und Beleuchtungssituationen zu Fotografieren. Mit Hilfe dieser Bilder sollen Aufschlüsse über die Entstehung und Zusammensetzung der Mondoberfläche gewonnen werden. Auch die Entstehung des Mondes selbst soll untersucht werden. Dazu gibt es ein Infrarotspektrometer (SIR), welches es ermöglicht charakteristisches Infrarotlicht, das verschiedene Elemente ausstrahlen, wahrzunehmen. Mit Hilfe dieses Spektrometers können erstmals die relativen Verhältnisse der chemischen Elemente vollständig bestimmt werden. Sollte die heute gängige Aufprall-Theorie stimmen (Abspaltung des Mondes von der Erde bei einem früheren Zusammenstoß mit einem großen Körper), so müsste der Mond im Vergleich mit dem jeweiligen Anteil leichter Elemente wie Magnesium und Aluminium einen geringeren Eisenanteil als die Erde haben. Spannend ist auch die Suche nach Wasser auf dem Mond, wofür erstmals die Missionen „Lunar Prospector" und „Clementine" Hinweise lieferten, die SMART nun mit Hilfe des Infrarotspektrometers bestätigen soll. So strahlt Wasser, welches sich in Form von Eis an den Polen und in Kratern mit geringer Sonneneinstrahlung befinden soll, eine bestimmtes Infrarotlicht ab, das das Spektrometer nachweisen kann.

Wie der Name bereits sagt ist die Hauptaufgabe von SMART 1 jedoch ein Test des neuen Ionenantriebes (Bild links, ESA). Dieser Ionenantrieb ist um ein Vielfaches effektiver als die herkömmlichen Raketenantriebe, da er mit Hilfe von Ionen, welche in einem Magnetfeld beschleunigt werden, Schub erzeugt. SMART verfügt über Solarpaddeln, die aus Sonnenlicht Strom erzeugen, der dazu genützt wird Gasatome zu ionisieren und zu beschleunigen. Den Atomen werden bei diesem Prozess negativ geladene Elektronen entrissen, die zurückbleibenden positiv geladenen Atome (Ionen),  werden dann beschleunigt, so dass sie sich mit sehr hoher Geschwindigkeit vom Flugkörper weg bewegen, und die Sonde antreiben. Man benötig als Treibstoff also lediglich ein Gas, am häufigsten wird Xenon verwendet. Da die Ionen das Triebwerk mit einer 10-fach höheren Geschwindigkeit als herkömmliche Verbrennungsgase verlassen, ist der Wirkungsgrad des Ionenantriebes viel höher als bei einer konventionellen Rakete, und es wird wesentlich weniger Treibstoff benötigt. Im Gegensatz zum Ionentriebwerk  der Sonde Deep Space 1 arbeitet SMART beim Beschleunigen der Ionen nicht nur mit einem elektrischen Feld, sondern nutzt dazu auch den magnetischen Halleffekt, bei dem geladene Teilchen in einem Magnetfeld beschleunigt werden. Mit diesem neuen Triebwerk werden sich Missionen durchführen lassen, die sonst in dieser Form nicht realisierbar währen.

Ein Nachteil des Ionentriebwerks ist der sehr geringe Schub, der aber über viele tausend Stunden aufrechterhalten werden kann. So wurde SMART schon am 27.09.03 in Kourou gestartet, erreichte den Mond aber erst am 15. November 2004, näherte sich dann in den nächsten zwei Monaten spiralförmig an, bis die endgültige Bahn um den Mond erreicht war. SMART wurde mit einer konventionellen Rakete in eine Erdumlaufbahn geschossen, die dann mit Hilfe des Ionenmotors immer weiter in Richtung Mond "aufgeweitet" wurde. Bis der Mond erreicht war, umrundete die Sonde die Erde 332mal auf einer immer langgestreckteren Ellipsenbahn, wobei das Treibwerk für mehr als 3700 Stunden lief. Das "Einfangen" durch den Mond, und das Absenken auf die endgültige Umlaufbahn verlief dann problemlos, und die wissenschaftlichen Experimente, die auch als Test der Geräte für die Ende des Jahrzehnts geplante Merkurmission dienen, konnte beginnen.

Erfolgreiche Mission: Smart 1 erfüllte seine wichtigste Aufgabe hervorragend, und zwar den Test des neuen Ionentriebwerks. Die Sonde machte tausende von hoch auflösenden Bildern der Mondoberfläche, und erstellte eine Mineralienkarte des Mondes. Eine der wichtigsten Entdeckungen war ein "Berg des ewigen Lichts", ein Berggipfel nahe dem Nordpol des Mondes, der vermutlich ständig von der Sonne beschienen wird. Ein solcher Platz wäre ideal für eine Mondstation, die ständig Sonnenenergie braucht. Die vielen Daten, die Smart 1 geliefert hat, werden sicher noch längere Zeit die Wissenschaft beschäftigen, und sind noch nicht alle ausgewertet.

Dann wurde der Treibstoff der Sonde knapp, und man entschloss sich für einen kontrollierten Absturz in einem dunklen Teil des Mondes, um den Aufschlag von der Erde aus beobachten zu können. Die erwartete Explosion würde einem Aufschlag eines kleineren Meteoriten entsprechen, wie sie ständig den Mond treffen. So war es dann auch: Am 03.09.06 schlug die Sonde am berechneten Punkt auf, und verging in einer Explosion, die von einigen größeren Teleskopen auf der Erde tatsächlich beobachtet werden konnte! Der Lichtblitz dauerte nur eine Sekunde, und unmittelbar darauf sah man für einige Minuten eine längliche, in Flugrichtung verlaufende Staubwolke! Ein von der Erde aus aufgenommenes Bild des Aufschlag-Blitzes ist rechts unten wiedergegeben. Links davon eine Bild der Smart-1 Kamera einige Stunden vor dem Aufschlag. Die Sonde befindet sich schon auf einer sehr niedrigen Umlaufbahn, daher ist der Horizont des Mondes recht nahe und schön zu erkennen!

 

Links sieht man ein Bild einige Stunden vor dem Aufprall der Sonde. Die Bahn ist schon recht niedrig, und der Horizont des Mondes schön zu sehen! (Bilder: ESA).

 

Rechts der Aufschlagblitz von der Erde aus gesehen. Es folgte eine ungefähr zwei Minuten lang deutlich sichtbare  Staubwolke.

 

 

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Geheimnisvoller Mond


 

Eigentlich hatten wir uns daran gewöhnt: Nach vielen Mondmissionen, den Apollo-Flügen und eingehender Beobachtung von der Erde aus schien es ausgemacht, dass der Mond seit Milliarden von Jahren ein geologisch toter Körper ohne irgendwelche besonders interessanten Ereignisse und Strukturen ist. Auch die bis dahin geheimnisvolle Mondrückseite zeigte das schon von der Vorderseite gewohnte Bild, nicht einmal ein verstecktes Alien-Raumschiff mit antikem Stützpunkt der Außerirdischen kam zum Vorschein! Nein, langweiliger konnte es nicht sein. Zwar gab es immer wieder irgendwelche "Spinner", die das nicht wahr haben wollten, und von merkwürdigen Ereignissen auf dem Mond berichteten. So gab es angeblich unerklärliche Lichtblitze und Staubwolken, sowie andere kaum glaubhafte Erzählungen. Nein, das konnte nur der Phantasie der Beobachter entsprungen sein, oder im besten Fall eine optische Täuschung gewesen sein. Oder eventuell doch nicht? Gibt es noch Geheimnisse auf dem Mond?

 

Geheimnisvolle Lichtblitze: Nachdem die NASA plant, auf den Mond zurückzukehren, und dort eventuell sogar einen Stützpunkt zu errichten, ist der Mond erneut in das Blickfeld der Menschen gerückt. Um die Sicherheit einer Mondstation zu garantieren, ist die Kenntnis der eventuell aus dem All drohenden Gefahren unerlässlich. Diesbezügliche neuere Beobachtungen haben eindeutig Lichtblitze und Staubwolken auf dem Mond bestätigt und dokumentiert.

Und das ist kein Wunder, ist doch die Oberfläche ungeschützt einem ständigen Bombardement aus dem Weltall ausgesetzt! Sonnenwind, energiereiche kosmische Strahlung sowie kleine und größere Meteoriten treffen ununterbrochen die staubige Mondlandschaft, und hinterlassen dort ihre Spuren. Wegen der sehr hohen Geschwindigkeit der kosmischen Geschosse tragen selbst sehr kleine Massen die Energie von vielen Tonnen Sprengstoff, und erzeugen so beim Aufprall Explosionsblitze und Wolken aus herausgeschleudertem Material. Das selbst eine relativ kleine Masse, die sich zudem nicht sehr schnell bewegt, ein deutlich sichtbares Ereignis auslöst, zeigt das Bild oben rechts, das beim Aufprall der Mondsonde Smart 1 entstanden ist. Lichtblitze auf dem Mond sind also keine Phantasie-Gebilde von "Spinnern", sondern ganz normale Vorgänge, die künftige Mondstationen extrem gefährden können!

 

Geheimnisvoller Absturz: Um das Magnetfeld der Erde zu untersuchen, das vom Sonnenwind weit in den Weltraum hinaus "geblasen" wird, setzten die Apollo 15 und 16 Astronauten je einen kleinen Satelliten in der Mondumlaufbahn aus. Das war sehr einfach, die Satelliten PFS 1 und PFS 2 wurden einfach mit einer Feder von den Apollo-Raumschiffen in der Mondumlaufbahn ausgestoßen, und begannen ihre Untersuchungen des irdischen Magnetfeldes aus einer Mondumlaufbahn mit 90 bis 120km Höhe. Aber dann geschah etwas sehr merkwürdiges. Während PFS 1 seine Bahn zuverlässig verfolgte, senkte sich die Bahn von PFS 2 innerhalb von 20 Tagen bis auf eine Höhe von nur 10km, um kurz darauf wieder auf sichere 50km zu steigen. Aber das hielt nicht lange, schon 35 Tage nach dem Aussetzen stürzte PFS 2 endgültig auf die Mondoberfläche!

Wie war das zu erklären? Offensichtlich gibt es auf der Mondoberfläche Bereiche, in denen die Schwerkraft ungewöhnlich groß ist. Diese Bereiche (im Bild links rot, NASA) bringen darüber hinwegfliegende Sonden sehr schnell zum Absturz. Es zeigte sich, dass die Anomalien eindeutig mit den Mare-Flächen auf dem Mond übereinstimmen, auf denen es aber keine Berge oder sonstige Masseansammlungen gibt! Sind hier früher riesige, schwere Eisenmeteorite in den Mond eingeschlagen, und haben die Mare-Becken geformt, die sich dann mit dünnflüssiger Lava auffüllten? Ein noch ungelöstes Rätsel des Mondes, das bei kommenden Missionen dringend zu beachten ist!

 

Geheimnisvolle Lunare Wirbel: Auf der Oberfläche des Mondes gibt es neben den bekannten Bergen, Kratern, Rillen und Ebenen noch einige völlig ungeklärte Strukturen, die "Lunaren Wirbel". Dabei handelt es sich um teilweise sehr helle Bereiche, die wie extrem stark deformierte Krater aussehen (Bild unten links). Da der Mond eigentlich keine Magnetfeld hat, zeigten die schon oben erwähnten Sonden PFS 1 und PFS 2 auch nur eine geringe Magnetisierung der Mondkruste, allerdings mit einer Ausnahme: Genau über den Lunaren Wirbeln war das Magnetfeld unerklärlich stark (Bild unten rechts)! Was könnte das nur sein?

Zwei der drei Lunaren Wirbel liegen auf der Rückseite des Mondes, je einem Mare-Becken auf der Vorderseite genau gegenüber. Vor vier Milliarden Jahren hatte der Mond einen glutflüssigen Kern und ein globales Magnetfeld wie die Erde. Als die riesigen Meteore, die die Mare-Becken schlugen, den Mond trafen, gab es daher eine Wolke aus geladenem Plasma, die sich vom Aufschlagsort aus um den ganzen Mond ausbreitete. Dabei "schob" die elektrisch geladene Wolke das Magnetfeld des Mondes vor sich her, und konzentrierte es auf einen dem Einschlag genau gegenüberliegenden Punkt der Mondoberfläche, was dort zu einer starken Magnetisierung der Kruste führte. Dieses Magnetfeld blieb nach dem Einschlag erhalten, und schützte wie ein magnetisches Schutzschild die Oberfläche vor dem Bombardement der kosmischen Strahlung. So konnte die Strahlung das (ursprünglich helle) Material im Laufe der Jahrmilliarden nicht schwarz verfärben. Allerdings liegt ausgerechnet der größte der Lunaren Wirbel nicht einem Mare gegenüber, also haben wir hier doch noch ein weiteres ungelöstes Rätsel?

 

Der größte Lunare Wirbel (im Bild links) sieht aus wie verlaufende Milch in einer Kaffeetasse, früher vermutete man einen extrem stark verformten Krater. (Bilder: NASA).

 

Später zeigten die Magnetfeldmessungen der zwei Sonden PFS 1 und PFS 2 (siehe rechtes Bild), dass es sich bei den Wirbeln um ganz besondere Strukturen handelt.

 

Geheimnisvoller Schuhabdruck: Nicht nur die zuvor erwähnten Lunaren Wirbel sind sehr merkwürdig, es gibt noch andere Formationen, die sich kaum erklären lassen! Die Struktur "Ina" (Bild unten links) sieht aus wie der Abdruck eines riesigen Schuhabsatzes auf der Mondoberfläche, über 2 km breit, mit einer Fläche von 8 Quadratkilometern. Was ist nun das Besondere daran? Das Gebiet (Bild: NASA) zeigt Strukturen mit auffällig scharfe Begrenzungen! Das dürfte bei einer mehrere Milliarden Jahre alten Struktur nicht sein, weil ein konstanter Regen von Staub und Meteoriten solche scharfen Begrenzungen (wie auch sonst überall auf dem Mond) egalisiert hätte. Auf der Fläche von Ina gibt es praktisch keine Einschlagkrater, die sonst überall auf dem Mond zu finden sind. Die Oberfläche von Ina ist sehr hell. Da die gesamte Mondoberfläche durch das ständige Bombardement von Sonnenwind und kosmischer Strahlung schwarz verfärbt wurde, gibt es solche hellen Stellen nur bei jüngeren Einschlagkratern, bei denen "sauberes" Material aus tiefern Schichten an die Oberfläche geschleudert wurde. Ina ist aber definitiv kein(!) Einschlagkrater. Dass sich das Gebiet von Ina deutlich von der restlichen Mondoberfläche unterscheidet, zeigt auch das mit einem Spektrometer aufgenommene Fehlfarbenbild (Bild unten rechts). Wie kann man das erklären?

Erklärung 1: Offensichtlich muss Ina ein geologisch sehr junges Gebilde sein, darauf weisen die scharfen Begrenzungen, die fehlenden Einschläge und die helle Oberfläche hin. Als einzig plausible Erklärung bleibt der Austritt von Gasen, zwar nicht explosionsartig, aber doch so schnell, dass das verwitterte Oberflächenmaterial weggeblasen wurde. Im Mondinneren gefangene Gase könnten hier in jüngster Zeit innerhalb von wenigen Sekunden freigesetzt worden sein, zum Beispiel ausgelöst durch eins der immer wieder von den Apollo-Seismometern beobachteten Mondbeben! Wenn diese Erklärung stimmt, könnte man entgegen alter Auffassungen sagen: Der Mond lebt!

Erklärung 2: Es gibt seit etwa 2017 einen alternativen Versuch der Erklärung. Wenn einem alten Schildvulkan das Material ausgeht, speit er stark mit Gasen durchsetzte Lava im schaumartiger Form. Der erkaltete Schaum ist sehr porös, und könnte den in den folgenden Jahrmillionen entstandenen Mondstaub verschluckt haben. Auch würden Meteoriteneinschläge in dem porösen Material keine deutlich sichtbaren Krater bilden. Falls diese Erklärung stimmt, wäre Ina kein junges Gebilde, sondern wie auch die anderen Teile der Oberfläche sehr  alt. Was nun richtig ist, oder ob es noch eine ganz andere Erklärung gibt, wird sich wohl erst klären wenn der Mensch dauerhafte Stationen auf dem Mond betreibt, so er so lange überlebt.

 

Die geheimnisvolle Struktur INA, knapp 3x3 km groß, links das normale Aussehen, rechts in einer Falschfarben-Darstellung, die mit dem Spektrometer der Mondsonde Clementine gewonnen wurde. Blau zeigt frisch freigelegte Basalte, Grün unverwitterte Erde. (Bilder: NASA).

Dieser Link zeigt eine vergrößerte Aufnahme, die das merkwürdige Aussehen von Ina besonders gut erkennen lässt!

 

 

Geheimnisvolle Löcher: Bei genauer Betrachtung einiger Mondbilder mit hoher Auflösung zeigten sich merkwürdige runde Gebilde, die nicht die bei Kratern üblichen aufgeworfenen Ringwälle aufwiesen. Nachdem nun viele hoch auflösende Fotos von Mondsonden im Mondorbit angefertigt wurden, hat man diese Objekte genauer ins Visier genommen. Es handelt sich eindeutig um runde Löcher in der Mondoberfläche, die hunderte von Meter tief sind, und Durchmesser von einigen Meter bis über 100 Meter erreichen. UFO-Gläubige haben dabei  sofort an Relikte von Außerirdischen gedacht. Einige dieser Gebilde liegen eindeutig in der Verlängerung von eingebrochenen Lavakanälen, was die  Vermutung zulässt, das es sich dabei um kreisförmige Einbrüche in unterirdische Höhlensysteme  handelt, in denen früher Lavaströme flossen. Solche  Lavakanäle findet man auch auf  der Erde. Radaruntersuchungen mit Wellenlängen die tief  in den Boden eindringen zeigen zudem in den fraglichen  Bereichen merkwürdige Sekundärechos. Diese  weisen darauf hin, dass vermutlich riesige unterirdische Hohlräume existieren, in denen  man ganze Städte unterbringen könnte.

 

Solche Löcher in der  Mondoberfläche werden häufiger auf hoch auflösenden Bildern der  Mondoberfläche sichtbar. Das hier gezeigte Exemplar findet sich auf einer LRO Aufnahme im Bereich der Marius Hills. Es hat eine  Tiefe von etwa hundert Meter und einen  Durchmesser von mehr als hundert Meter. Am  Boden sieht man deutlich loses Material und Gesteinsbrocken.

Die Interpretation als "Oberlicht" einer Lavaröhre scheint gesichert, in diesem Fall  ist also nicht mehr mit sensationellen Erkenntnissen zu rechnen.

Identisch aussehende Löcher dieser Art hat man übrigens auch auf dem Mars in großer Zahl gefunden, es gibt ähnliche Gebilde  auch auf der Erde.

 

Für eine eventuelle Forschungsstation auf dem Mond eine gute Nachricht, weil solche Lavaröhren Schutz vor der gefährlichen Strahlung und vor Meteoriteneinschlägen bieten würden. Auch wäre die Temperatur in diesen Höhlen weitgehend konstant und von den enormen Schwankungen an  der Oberfläche abgekoppelt. Allerdings müsste man solche Röhren dann im  Bereich der Mondpole finden, weil nur dort das für  ein Überleben wichtige Wasser in Form von Eis in sonnengeschützten Kratern zu erwarten ist.

 

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Vulkanismus auf dem Mond


 

Es hat viele Theorien gegeben  wie die Mondoberfläche entstanden ist, und welche Kräfte sie geformt haben. Ursprünglich waren sich eigentlich alle Beobachter darüber einig, dass die Krater auf dem Mond durch Vulkanismus entstanden sind. Erst später kam dann die Idee auf, dass die Ursache der Mondkrater große Meteoriteneinschläge sind. Es gab in Folge eine heftige Diskussion über diese neue Theorie. Ein Hauptargument dagegen war die Überlegung, dass dann ja auch die Erde von riesigen Einschlägen geradezu übersät sein müsste, was aber -nach damaligem Wissensstand- nicht der Fall war. Auch wurde behauptet, dass die Erde dann immer noch regelmäßig von großen Meteoriten getroffen werden müsste.

Heute zweifelt aber Niemand mehr an der Einschlagstheorie, die vielen Einschläge auf der Erde hat man inzwischen auch gefunden. Früher hatte man übersehen, dass auf der Erde die Erosion durch Wasser die Einschlagkrater relativ schnell für den ersten Blick verschwinden lässt. Bei genauen Untersuchungen hat man aber Hunderte riesiger Einschläge entdeckt, und es werden ständig mehr. Einer dieser riesigen Einschläge befindet sich zum Beispiel unter Bayern, und wird daher die in den kommenden Jahren immer wichtiger werdende Nutzung von Erdwärme dort stark vereinfachen. Auch die Treffer durch riesige Meteoriten sind leider weder für den Mond noch die Erde vorbei, sie erfolgen jedoch -anders als bei der Entstehung des Sonnensystems- in relativ großen Abständen.

Auf dem Mond gibt es natürlich auch Zeugen von Vulkanismus, so sind die riesigen Becken der Mare (die dunklen Flächen auf dem Vollmond) große Lavaflächen, die sich nach unvorstellbaren Einschlägen vor 3 bis 4 Milliarden Jahren gebildet haben, und noch bis heute durch die dunkle Farbe auffallen. Sucht man die Mondoberfläche sorgfältig ab, so findet man immer wieder sehr dunkle Bereiche, die auf einen vulkanischen Ursprung hindeuten, Das sind zum Beispiel "Dark Halo Craters", also Krater, die von dunklen Ringen umgeben sind. Hier handelt es sich aber normalerweise nicht um Vulkane, sondern um Einschläge, bei denen dunkles vulkanisches Material aus tieferen Schichten freigelegt und an die Oberfläche gebracht wurde.

In anderen dunklen Bereichen findet man merkwürdige Gebirgsformationen, wie sie auch bei irdischen Vulkanen beobachtet werden, so genannte "Dome", oft mit einem winzigen Krater am Gipfel. Das Material um solche Dome herum scheint nun tatsächlich pyroklastisches Material zu sein, das aus den Gipfelkratern und seitlichen "Vents" an den Hängen der Dome ausgetreten ist. Eventuell hat diese Phase sogar bis vor etwas weniger als einer Milliarde Jahren angedauert. Solche Gebiet zeigt unser Bild des Kraters Copernicus an mehreren Stellen. Zum Beispiel besteht die auf dem Bild einige Zentimeter durchmessende sehr dunkle Fläche rechts unten aus teilweise 3 bis 4 Milliarden Jahre altem vulkanischem Mare-Material,  das später von hellen Steifen des Copernicus-Einschlags überdeckt wurde (dieser Einschlag erfolgte vor ca. einer Milliarde Jahren, Copernicus ist damit einer der jüngsten Großkrater auf dem Mond). An anderen Stellen ist das helle Material vom Copernicus-Einschlag aber nicht mehr zu erkennen, und wurde eventuell erst kurz nach dem Einschlag durch die Aktivität der vielen in diesem Gebiet beobachteten Dome mit pyroklastischem Material überdeckt. Solche Dome zeigt der Bildausschnitt (12) unten, diese Dome sind in den Karten des LPI (Lunar and Planetary Institute) zwar nicht als Vulkane ausgewiesen, sie werden aber in anderen Quellen als vulkanische Dome mit Gipfel-Caldera (vulkanischem Gipfelkrater) bezeichnet. Keinen Zweifel gibt es hingegen bei einem Dutzend  vulkanischer Domen auf der linken Bildhälfte des Copernicus-Bildes, die auch vom LPI so ausgewiesen sind. Einige davon zeigen die Bildausschnitte (10) und (11), siehe auch den kleinen Ausschnitt aus unserem Bild im Vergleich zur geologischen Karte des LPI weiter unten.

Bild (1) von uns und  Bild (2) von der NASA zeigen einen der größten und bekanntesten Vulkane, den Gruithuisen mit seinem Gipfelkrater. Gruithuisen ist in Wirklichkeit flach und fast fast kreisrund (20km Durchmesser), und sieht auf unserem Bild wie eine umgestülpte Badewanne aus, weil er seitlich gesehen wird. Eine der interessantesten Strukturen auf dem Mond ist das Ina-Gebiet (5, das von den Apollo-Astronauten fotografiert wurde (s. auch den Bericht oben). Es ist nicht älter als 10 Millionen Jahre (nur 2 Millionen Jahre alt?), und vermutlich durch explosionsartig austretende Gase entstanden, also eine Art von Vulkanismus, die bis heute auf dem Mond noch gelegentlich auftreten könnte. Wir haben Ina sogar auf einem unserer Fotos finden können, was gar nicht so einfach war, siehe Ausschnitt (4) unten. Weitere interessante Beispiele sind unten aufgeführt, die zugehörigen Erläuterungen bitte rechts daneben lesen!

 

 

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Geologie des Mondes (Selenografie)


 

Mit den immer besser werdenden Bildern, die wir vom Mond machen konnten, waren immer feinere Details sichtbar. Dabei gab es auch merkwürdige Strukturen, die wir uns zunächst nicht erklären konnten. Das führte zu genauerem Nachforschen z.B. über den Vulkanismus auf dem Mond. Im Zuge dieser Nachforschungen stellten wir fest, dass es große und detaillierte geologische Karten des Mondes gibt, deren Studium äußerst interessant sein kann. Es ist erstaunlich wie genau man die verschiedenen Strukturen (oft bis zu sehr kleinem Maßstab hinab) analysiert hat.

Im Laufe der Geschichte des Mondes hat es immer wieder Ereignisse gegeben, die weit über den Entstehungsort hinaus gewirkt haben, wodurch andere ältere geologische Formationen oft in großer Entfernung verändert wurden. Beispiele hierfür ist die Entstehung der Mare-Becken, die z.B. umgebenden Bereichen radiale, rillenförmige Strukturen aufgeprägt haben, und die jüngeren Einschläge die zur Bildung großer Krater geführt haben. Das so entstandene helle Strahlensystem von Tycho dominiert bei Vollmond fast die ganze Südhälfte des Mondes! Einer der jüngsten großen Einschläge führte zur Entstehung des Kraters Copernicus, dessen Geologie sehr vielfältig und interessant ist. Wir haben daher einen kleinen Ausschnitt aus unserem Copernicus-Bild einmal zusammen mit dem entsprechenden Ausschnitt einer geologischen Karte dargestellt:

In diesem Beispiel sind natürlich nur wenige der vielfältigen geologisch unterschiedlichen Strukturen enthalten, schon in dem rechts unterhalb von Copernicus befindlichen dunklen Gebiet gibt es noch andere vulkanische Varianten (s. auch unsere Zusammenstellung über Vulkanismus auf dem Mond). Dennoch vermittelt das Bild einen Eindruck von der aufregenden Möglichkeit sich bei U.S.G.S. Lunar and Planetary Institute (LPI) weiter über die Geologie des Mondes zu informieren.

 

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Pole, Berge, Libration


 

Irgendwann fragt man sich als Mondfotograf, wo denn eigentlich die Pole des Mondes liegen. Die Pole zu finden ist nicht so leicht wie man meinen könnte. Würde man den Mond immer genau von der Seite sehen, so wären die Pole so in Randlage, dass man sie von der Erde aus überhaupt nicht sehen könnte. Das es dennoch möglich ist, liegt an der Libration des Mondes. Die Pole sind sehr interessant. Besonders das Gebiet um den Südpol herum ist extrem zerklüftet und beherbergt die höchsten Berge des Mondes. In den Blickpunkt gerieten die Pole auch im Interesse der Raumfahrt: Man vermutet(e) in den in ewigem Schatten liegenden Regionen Reste von Wassereis, dass man bei bemannten Stationen dringend brauchen würde um die Astronauten zu versorgen, und um Treibstoff für Raketen zu gewinnen. Einige Berge in Polnähe sind fast ewig im Licht, dort gäbe es rund um die Uhr elektrische Energie.

Auf jeden Fall ist die Betrachtung der Pole so interessant, dass wir ihr ein eigenes Kapitel gewidmet haben, das man unbedingt lesen sollte! Es gibt dort auch eine ausführliche Darstellung der Libration, des Auffindens der Pole in Fotos, und eine Betrachtung der Zeichnungen des Astronomen Ewen Whitaker!

 

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Radar-Astronomie am Mond


 

Bei der  Bearbeitung des Themas "Pole Berge Libration" sind wir auf Bilder des Mondes gestoßen, die nicht mit optischen Teleskopen entstanden sind, sondern mit Hilfe von Radargeräten, mit denen man den Mond "beschossen" hat, um aus den reflektierten Signalen Bilder  zu erzeugen, die wie optische Fotos aussehen. Die enorme Schärfe dieser Fotos hat  uns erstaunt, weil sie auf den ersten Blick den Gesetzen der Physik zu widersprechen scheinen. Bei bildgebenden Geräten ist  die Auflösung wegen der Beugung an der Eintrittsöffnung der Strahlung eigentlich immer durch die Wellenlänge gegeben. Da die Wellenlänge der Radarstrahlung 100000 mal größer ist als die von Licht, würde man für dieselbe Auflösung Radarantennen benötigen die 100000 mal größer wären als optische Teleskope. Wie man die Physik hier überlistet, und mit Antennen von nur einigen hundert Metern Durchmesser bessere Bilder erzeugt als mit optischen Geräten ist eine enorm spannende Geschichte, der wir ein eigenes Kapitel gewidmet haben.

 

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Lunar Reconnaissance Orbiter LRO und LCROSS


 

>>>Lunar Reconnaissance Orbiter LRO: Die Amerikaner wollen zurück auf den Mond. Da andere Unternehmungen, wie die bemannte Marslandung, vorerst zu aufwändig sind, steckt man die Marke etwas niedriger. Ziel ist eine bemannte Station auf dem Mond. Dazu ist es im Prinzip unbedingt erforderlich, dass man Wasser auf dem Mond findet. Wasser benötigt der Mensch, Wasser benötigen Pflanzen, und aus Wasser und elektrischem Strom kann Wasserstoff und Sauerstoff als Treibstoff gewonnen werden. Von der Erde kann man das erforderliche Wasser kaum heranschaffen, das würde beim Stand der Technik im Jahre 2010 etwa 100 000 Euro pro Kilogramm kosten.

Bevor also das Projekt „bemannte Mondstation“ in Angriff genommen wird, will man also erst einmal nach Wasser suchen. In Frage kommen da nur tiefe Krater an den Polen (speziell am Südpol gibt es solche tiefen Krater), in die die Sonne nicht scheint, und in deren ewig dunklen Tiefe Reste von Eis vermutet werden. Auch die für Menschen sehr gefährliche Strahlung auf dem Mond und die Struktur der Mondoberfläche sowie Temperaturverläufe müssen untersucht werden, bevor eine bemannte Station geplant werden kann. Um diese und andere Fragen zu beantworten, wurden am 18. Juni 2009 der Lunar Reconnaissance Orbiter LRO zusammen mit dem Lunar Crater Observation and Sensing Satellite LCROSS als Erste einer ganzen Reihe von Sonden zum Mond geschickt werden. LRO soll den Mond ein Jahr lang umkreisen, und dabei als wichtigstes Ziel möglichst eindeutig die Frage nach Wasservorkommen klären.

Die Temperaturen steigen während eines Mondtages auf bis zu 120 °C, dabei verdampfen Wasser und Eis sehr schnell, und können wegen der geringen Schwerkraft des Mondes nicht vor dem Abdriften in das All bewahrt werden. Es gibt aber einige fast 4000m tiefe Krater in Polnähe, deren Boden ständig im Schatten liegt, dort steigen die Temperaturen auf maximal -200°C, das ist tief genug, um Eis auch unter den Bedingungen des Mondes zu erhalten. In einen solchen Schattenbereich soll LCROSS kurz nach der zweiten Stufe der  Centaur Rakete crashen, und die Auswurfwolke auf Wasser untersuchen. Auch LRO soll diesen Aufprall aus dem Orbit um den Mond beobachten

Interessante Hinweise auf Eis haben schon frühere Missionen ergeben. Krater am Südpol des Mondes könnten bis zu einige Kubikkilometer Eis enthalten. Die früheren Mondsonden Clementine und die Lunar Prospector  lieferten indirekte Hinweise auf Wasser, indem sie aus der Umlaufbahn durch die Registrierung spezifischer Strahlungen irgendeine wasserstoffhaltige Substanz in den besagten Kratern nachwiesen. LRO soll diese Hinweise nun endgültig bestätigen. Dazu sollen aus einer Umlaufbahn in 50km Höhe vier Instrumente vier verschiedene Hinweise auf Wasser untersuchen. Sollten alle vier Instrumente positive Ergebnisse an der selben Stelle der Mondoberfläche ergeben, so wäre das ein sicheres Ergebnis. Die für die Suche von Wasser geeigneten Instrumente sind unten rot gekennzeichnet. Die für andere Zwecke (Strahlenbelastung, Landeplatzsuche etc.) vorgesehenen Instrumente sind schwarz gekennzeichnet.

Erste Ergebnisse: Am 15.12.2009 wurden erste Ergebnisse von LRO veröffentlicht. Die  Kameras LROC haben 50 Landeplätze mit hoher Auflösung untersucht, DLRE hat Temperaturen im Mondwinter in Kratern nahe des Nordpols gemessen, die die tiefsten bisher im Sonnensystem gemessenen Werte sind: nur 26 Grad über dem absoluten Nullpunkt, also -247 Grad Celsius. Diese Temperaturen sind bei weitem tief genug, um Wasser, Kohlendioxid und organische Moleküle auf Dauer zu konservieren. Das CRaTER Instrument hat die höchste Intensität kosmischer Strahlung seit Beginn der Erforschung des Weltraums gemessen, was auf die vorübergehend ungewöhnlich geringe magnetische Aktivität der Sonne und die dadurch geringe Abschirmung gegen kosmische Strahlung zurückzuführen war.

 

 

>>>Lunar Crater Observation and Sensing Satellite LCROSS: Um gleich Nägel mit Köpfen zu machen, wurde zusammen mit LRO eine zweite Mission zum Mond verfrachtet, der Orbiter LCROSS. Die zweite Stufe der Centaur Rakete, die bis zum Mond die beiden Orbiter trägt, schlug am 9. Oktober 2009 als 2366 Kilo schwerer und 2,5 km/s schneller Einschlagkörper fünfmal schneller aus eine Pistolenkugel im Schattenbereich des Kraters Cabeus ein, gefolgt vom Orbiter LCROSS. Der Orbiter beobachtete den Einschlag und die Auswurfwolke vier Minuten lang, bevor er ebenfall auf dem Mond aufschlug. Eine Materiewolke stieg über den Kraterrand in das Sonnenlicht auf, unter dessen Einfluss -soweit vorhanden- Wassereis, Hydrocarbonate und organische Moleküle verdampften und in ihre Bestandteile zerlegt wurden. Diese Bestandteile wurden mit den Infrarot-Kameras und Infrarot-Spektrometern von LCROSS untersucht, den Ort und das Verhalten der Wolke untersuchten die Kameras für sichtbares Licht, und ein Photometer bestimmte die Stärke des Einschlag-Blitzes.

Erste Ergebnisse: Der Aufschlag wurde von vielen Beobachtern gesehen und vermessen. Er war so deutlich, dass er selbst in etwas größeren Amateur-Instrumenten zu sehen war. Der Blitz dauerte etwa zwei Sekunden, es folgte die Auswurfwolke, die nach 15 Sekunden bereits einen Durchmesser von 7 Kilometern aufwies (Bild links). Der Einschlagkrater wurde fotografiert, er hatte nach ersten Messungen einen Durchmesser von etwa 30 Metern. Am 13. November folgte die vorläufige Auswertung der Daten, die die Instrumente von LCROSS vor der Vernichtung der Sonde aufgezeichnet und gesendet hatten. Besonders eindeutig geht aus den Messungen der Spektrometer die Existenz von Wasser in der Auswurfwolke hervor. In welcher Form das Wasser im Krater Cabeus vorhanden ist, ob massiv oder in Form feiner Spuren im Mondstaub ist damit aber wohl noch nicht geklärt. Etwas anders scheint die Lage am Nordpol des Mondes zu sein, von dort gab es Anfang 2010 Nachricht über dicke Eisschichten in permanent beschatteten Kratern.

>>>Geräte  an Bord von LCROSS:

 

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