17 Dez 2010

Gepostet von in Mondflug, NASA, Weltraum, Wissen

Mond

Mondschein bei Nacht vom Mond

Der Mond ist der einzige natürliche Satellit der Erde und außerdem der einzige astronomische Körper außer der Erde selbst, den je ein Mensch betreten hat. Der Mond ist das hellste Objekt an unserem Nachthimmel, obwohl er selbst gar kein Licht erzeugt. Stattdessen reflektiert der Erdmond das Sonnenlicht. Wie die Erde und alle anderen Planeten in unserem Sonnensystem ist auch der Mond 4.6 Milliarden Jahre alt.

Inhaltsverzeichnis

Mond
Bewegung des Mondes
Rotation und Umlaufbahn
Mondphasen
Die Libration des Mondes
Entstehung des Mondes
Die Exosphäre des Mondes
Mondkrater
Bestimmung der Urspünge von Kratern
Vulkanische Merkmale
Die Schichten des Mondes (Der innerer Aufbau)
Die Erforschung des Mondes
Erste Mondbeobachtungen mit Teleskopen
Veränderung des Mondes
Apollomissionen
Aktuelle Entdeckungen

Der Mond ist viel kleiner als die Erde. Der durchschnittliche Radius des Mondes beträgt 1737,4 km, was etwa 27 Prozent des Radius der Erde entspricht.

Der Mond ist auch viel weniger massiv als die Erde. Er hat eine Masse 735*10^16 Tonnen! Die Erde ist rund 81 mal so massiv. Die Dichte des Mondes (Masse geteilt durch Volumen) beträgt etwa 3,34 Gramm pro Kubikzentimeter, was 60 Prozent der Erddichte entspricht.

Da der Mond weniger Masse als die Erde hat, beträgt die Gravitationskraft auf der Mondoberfläche ist nur etwa 1 / 6 der Anziehungskraft unserer Erde. So würde eine Person, die auf dem Mond geht, das Gefühl haben, als wenn sein oder ihr Gewicht um 5 / 6 zurückgegangen wäre. Und wenn diese Person einen Stein fallen lässt, würde das Gestein auf die Oberfläche viel langsamer fallen, als das gleiche Gestein auf der Erde.

Trotz der relativ schwachen Gravitationskraft ist der Mond nahe genug an der Erde, um die Gezeiten in den Gewässern der Erde zu erzeugen (Flut und Ebbe). Die durchschnittliche Entfernung vom Zentrum der Erde zum Zentrum des Mondes beträgt 384.467 Kilometer (238.897 Meilen). Dieser Abstand wächst übrigens stetig – jedoch extrem langsam. Der Mond bewegt sich  mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,8 Zentimeter pro Jahr von der Erde weg.

Die Temperatur am Mond-Äquator reicht von extrem niedrigen bis sehr hohen Temperaturen – von etwa -173 °C in der Nacht bis +127 °C am Tag. In manchen tiefen Kratern in der Nähe der Pole des Mondes ist die Temperatur immer in der Nähe von -240 °C.

Auf dem Mond existiert kein Leben jeglicher Art. Im Vergleich zur Erde hat sich der Mond über Milliarden von Jahren kaum verändert. Vom Mond aus ist der Himmel stets schwarz, auch tagsüber. Da der Mond keine Athmosphäre hat, kann das Sonnenlicht in dieser nicht gebrochen werden, wobei der typische blaue Himmel entstehen würde. Somit sieht man Sterne und Planeten vom Mond aus wesentlich besser.

Wer auf der Erde den Mond mit bloßem Augen ansieht, kann helle und dunkle Bereiche auf der Mondoberfläche ausmachen. Die hellen Bereiche sind robuste, zerklüftete Berge, auch als Terrae bekannt. Das Hochland sind die ursprünglichen Krusten des Mondes, zerbrochen und zersplittert durch den Aufprall von Meteoriten, Asteroiden und Kometen. Viele Mondkrater in der Terrae haben einen Durchmesser von mehr als 40 Kilometer. Der größte ist das Südpol-Aitken-Becken, mit über 2500km Durchmesser.

Die dunklen Bereiche auf dem Mond sind als Maria bekannt. Der Begriff stammt aus der Glätte der dunklen Bereiche und ihrer Ähnlichkeit zu Gewässern. Die Maria sind Landschaften, die teilweise von Lava überflutet wurden, wenn Vulkane ausgebrochen sind. Als  die Lava dann gefror, bildete sich das Gestein. Seit dieser Zeit haben Meteoriteneinschläge viele Krater in den Mondmeeren erschaffen.

Der Mond hat keine nennenswerte Atmosphäre, aber kleine Mengen bestimmter Gase sind oberhalb der Mondoberfläche vorhanden. Manche Leute beziehen sich auf diese Gase und sprechen von einer Mond-Atmosphäre. Diese „Atmosphäre“ ist allerdings eher eine Exosphäre, eine dürftige Zone von Teilchen, die den Mond umgeben. Auch Quecksilber und einige Asteroiden haben auch eine solche Exosphäre.

Im Jahr 1959 begannen Wissenschaftler, den Mond mit Roboter Raumsonden zu erkunden. In diesem Jahr startete die Sowjetunion ein Raumschiff namens Luna 3 um die Rückseite des Mondes zu erforschen, welche der Erde niemals zugewandt ist. Luna 3 hat die ersten Fotos von dieser Seite des Mondes geschossen. Das Wort Luna ist latein und bedeutet Mond.

 

Am 20. Juli 1969 landete die US-Apollo-11-Mondlandefähre zur ersten von sechs Apollo-Landungen auf dem Mond. Der Astronaut Neil A. Armstrong setzte als erster Mensch einen Fuß auf den Mond. Ein kleiner Schritt für einen Menschen, ein großer Schritt für die Menschheit.

In den 90er Jahren entdeckten zwei US-Roboter Raumsonden, Clementine und Lunar Prospector, Hinweise auf gefrorenes Wasser in der nähe der beiden Pole des Mondes. Das Eis kam von Kometen, die den Mond in den letzten 2 – 3 Milliarden Jahren trafen. Das Eis befindet sich offenbar in Bereichen, die immer im Schatten der Krater liegen. Da die Temperatur in diesen Bereichen etwa -240 °C beträgt, ist es bisher weder geschmolzen noch verdampft.

Bewegung des Mondes

Der Mond bewegt sich in einer Vielzahl von Variationen. Zum Beispiel dreht er um die eigene Achse, eine imaginäre Linie, welche die Pole des Mondes verbindet. Außerdem umkreist der Mond die Erde. Dabei kann man von der Erde unterschiedliche Bereiche des Mondes sehen, welche als beleuchtete Flächen in den Mondphasen sichtbar sind, weil die Mondbahn um die Erde verläuft. Desweiteren gibt es eine sogenannten Mondfinsterniss, bei der sich der Mond in einer Linie mit Erde und Sonne befindet. Durch die Bewegungen des Mondes kann man von der Erde aus bis zu 59% der Mondoberfläche sehen, die restlichen 41% sind von der Erde aus immer verborgen.

Mondrotation und die Umlaufbahn des Mondes

Alle 29 ½ Tage dreht sich der Mond einmal um die eigene Achse. Das ist der Zeitraum zwischen zwei Sonnenaufgängen, der auf dem Mond vergehen würde. Darum wird diese Zeit auch als ein Mondtag bezeichnet. Im Gegensatz dazu benötigt die Erde nur 24 Stunden für eine Umdrehung.

Die Drehachse des Mondes ist, wie die der Erde, gekippt. Astronomen messen die  Achsenneigung relativ zu einer Linie senkrecht zur Ebene der Ekliptik, einer imaginären Fläche durch die Erdbahn um die Sonne. Die Neigung der Erdachse ist um 23,5 Grad von der Senkrechten geneigt. Resulat der Neigung sind die Jahreszeiten auf der Erde. Aber die Neigung der Mondachse beträgt nur etwa 1,5 Grad, so dass der Mond praktisch keine Jahreszeiten aufweist.

Eine weitere Folge der geringen Neigung des Mondes ist, dass sich einige große Erhebungen in Polnähe immer im Sonnenlicht befinden. Im Gegensatz dazu befinden sich Teile von Kratern, besonders in Südpolnähe, immer im Schatten.

Der Mond vollendet einen Umlauf um die Erde in Bezug auf alle Sterne etwa alle 27,3 Tage, eine Zeit, die auch als siderischer Monat bekannt ist. Doch im Bezug auf die Sone benötigt der Mond etwa 29.5 Tage für eine vollständige Umdrehung, diese Zeitspanne ist als synodischer Monat bekannt. Der siderische Monat ist etwas kürzer als ein synodischer Monat, da sich der Mond um die Erde dreht, welche wiederrum die Sonne umkreist. Daher benötigt der Mond etwas mehr Zeit um zur Erde „aufzuholen“.

Ein synodischer Monat entspricht exakt einem Mondtag. Daraus folgt, dass der Mond stets die gleiche Hemisphäre zur Erde zeigt. Die anderen Hemisphäre – die sogenannte Rückseite des Mondes – ist immer von der Erde entfernt.

Einige Menschen verwechseln dieses Phänomen fälschlicherweise mit dem Begriff “dunkle Seite” des Mondes. Der Mond hat eine dunkle Seite, es ist jedoch die Halbkugel, die von der Sonne, nicht von der Erde, abgewandt ist. Die Lage der dunklen Seite ändert sich also ständig, da sich der Einfallswinkel der Sonne auch ändert. Man erkennt dies gut an der Trennlinie zwischen der Sonnenbeschienenen (hellen) bzw. Sonnenabgewandten (dunklen) Seite des Mondes.

Die Mondbahn ist, wie die Umlaufbahn der Erde um die Sonne, eine leicht abgeflachte Kreisbahn.  Der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Erde und des Mondzentrums schwankt während jedes Umlaufs. In Erdnähe, also wenn der Mond der Erde am nächsten ist, beträgt die Entfernung 363.300 Kilometer. Am entferntesten Punkt ist der Abstand 405.500 Kilometer. Die Mondbahn ist elliptisch (oval).

Mondphasen

 

Während der Mond die Erde umkreist, kann ein Beobachter von der Erde sehen, wie sich die Form des Mondes anscheinend ändert. Es scheint, als würde aus einem Halbmond ein Kreis (Vollmond) werden, welcher danach wieder zum Halbmond zurückwechselt. Die Form des Mondes sieht täglich anders aus, da  der Betrachter verschiedene Teile des Mondes sieht. Es ist stets die sonnenbeschienene Fläche, die das Licht der Sonne zur Erde reflektiert. Die verschiedenen Erscheinungen werden Mondphasen genannt. Der Mond durchläuft einen kompletten Zyklus der Mondphasen in einem synodischen Monat.

Der Mond hat vier Phasen:

  1. Neumond
  2. Das erste Quartal
  3. Vollmond
  4. Das letzte Quartal

Wenn der Mond sich zwischen Sonne und Erde befindet, ist seine beleuchtete Seite von der Erde vollständig abgewandt. Astronomen nennen diese Phase abgedunkelten Neumond.

In der Nacht nach Neumond erscheint eine schmale Lichtsichel entlang des östlichen Rand des Mondes. Der verbleibende Teil des Mondes ist schwach sichtbar, weil auch Erdlicht, reflektiertes Sonnenlicht von der Erde zum Mond, scheint. Jede Nacht kann ein Beobachter auf der Erde sehen, wie sich die sonnige Seite ausbreitet und den Terminator, die Linie zwischen Sonnenseite und Schattenseite, bewegt. Nach etwa sieben Tagen kann der Betrachter einen Halbmond sehen. Diese Phase wird als das erste Quartal beschrieben, weil er ein viertel des synodische Monats ausmacht. Nach sieben weiteren Tagen ist der Mond auf der Seite der Erde gegenüber der Sonne. Die gesamte sonnenbeschienene Seite des Mondes ist nun sichtbar. Diese Phase wird Vollmond genannt.

Sieben Tage nach einem Vollmond sieht man von der Erde, wenn man sich noch an gleichem Ort befindet, wieder einen Halbmond. Diese Phase ist das dritte und damit letzte Quartal. Nach weiteren sieben Tagen ist steht Mond wieder zwischen Sonne und Erde, wodurch ein Neumond zu sehen ist und ein neuer Zyklus eingeleitet wird.

Während sich die Form des Mondes vom Neumond zum Vollmond ändert und man so immer mehr Oberfläche des Mondes sehen kann, spricht man vom Wachstum. Im Gegensatz dazu spricht man vom Schrumpfen, wenn der Vollmond zum Neumond wird.

Wie auch die Sonne geht der Mond für uns Erdlinge im Osten auf und im Westen unter. Während einer Phase des Mondwachstums (bzw. -verkleinerung) geht der Mond zu unterschiedlichen Zeiten auf und unter. Die Zeit verschiebt sich jeden Tag um ca. 50 Minuten. Daher kann man den Mond oft auch tagsüber sehen.

 

Eine Mondfinsternis kann auftreten, wenn Erde, Sonne und Mond in einer zumindest fast geraden Linie liegen. Eine Mondfinsternis entsteht, wenn Erde zwischen Sonne und Mond steht, der Mond sich also im Schatten der Erde befindet. In diesem Fall kann der Mond kein Sonennenlicht reflektieren. Eine Mondfinsternis kann nur bei Vollmond auftreten. Eine Sonnenfinsternis kommt immer dann zustande, wenn der Mond tagsüber zwischen Sonne und Erde steht. Eine absolute Sonnenfinsternis ist jedoch sehr selten. Denn meistens sind die Himmelskörper (auch andere Planeten können eine Sonnenfinsternis bewirken) ungenügend ausgerichtet, um eine solche Sonnenfinsternis zu bewirken. Meist wirft der Mond den Schatten der Sonne etwas “über” oder “unter” der Erde vorbei. Die Wahrscheinlichkeit einer Sonnenfinsternis verringert sich weiterhin, weil die Mondumlaufbahn relativ zur Erde um 5% geneigt ist.

Libration des Mondes

Als Beobachter auf der Erde sieht man manchmal einen kleinen Teil der anderen Seite des Mondes. Das ist möglich, weil der Mond der Libration folgt, von der Erde aus gesehen einer leichten Drehung des Mondes. Es gibt drei Arten von Libration:

  1. Libration in Länge
  2. Tagaktive Libration
  3. Libration in Breite

Dadurch ist es, wie weiter oben bereits erwähnt, möglich, dass man von der Erde aus ca. 59% der Mondfläche sehen kann.

Libration erfolgt zum einen in der Länge, denn die Mondbahn ist elliptisch. Der Mond umkreist die Erde, wobei  seine Geschwindigkeit – nach einem Gesetz, welches 1600 der deutsche Astronom Johannes Kepler entdeckte – schwankt. Wenn der Mond der Erde relativ nah ist, kreist der Mond schneller. Wenn der Mond relativ weit von der Erde entfernt ist, umkreist der Mond die Erde langsamer. Gleichzeitg aber bewegt sich der Mond immer um die eigene Achse, mit gleichbleibender Geschwindigkeit. Wenn der Mond also schneller als im Durschschnitt unterwegs ist, ist die Rotation des Mondes zu langsam, um die Rückseite “zu verdecken”. Benötigt der Mond gerade mehr Zeit für die gleiche Strecke, weil er weit von der Erde entfernt ist, dreht sich der Mond zu schnell um die eigene Achse.

Tagaktive Libration wird durch eine tägliche Veränderung der Position eines Beobachters auf der Erde relativ zum Mond verursacht. Betrachten wir beispielsweise einen Beobachter, der sich am Erdäquator befindet, wenn der Mond voll ist: Bei der Erddrehung von Westen nach Osten sieht  der Beobachter den Mond zum ersten Mal, wenn er am östlichen Horizont aufsteigt und zuletzt,  wenn er am westlichen Horizont wieder untergeht. Während dieser Zeit bewegt sich der Betrachter über 12.700 Kilometer (was übrigens der Durchmesser der Erde ist) bezogen auf den Mond. Es sieht nun für den Beobachter so aus, als ob sich der Mond etwas nach Westen dreht.

Immer wenn der Mond im Osten aufgeht und an den höchsten Punkt am Himmel klettert, kann man die westliche Seite des Mondes sehen. Geht er am Abend am westlichen Horizont wieder unter, sieht man den ganzen Rand.

Libration in Breite ist das Ergebnis der Tatsache, dass der Mond eine Drehachse von etwa 6,5 Grad Neigung hat, gegenüber einer – gedachten – senkrechten Linie zur Umlaufbahn des Mondes um die Erde. Somit neigt sich der Mond bei jedem Umlauf: Der Nordpol des Mondes neigt sich erst zur Erde hin und dann wieder weg. Somit kann man als Beobachter erst mehr Oberfläche im nördlichen Teil des Mondes, später mehr Mondfläche im südlichen Teil betrachten.

Entstehung des Mondes

Wissenschaftler vermuten, dass der Mond durch eine Kollision der Erde mit einem anderen Planeten vor etwas 4.6 Milliarden Jahren entstand. Durch die gigantische Krafteinwirkung schoss eine Wolke verdampften Gestein aus der Erdoberfläche hinaus und trat in die Erdumlaufbahn ein, wo die Wolke abgekühlte und kondensierte. Die kleinen, festen Teilchen fügten sich zusammen und bildetetn damit die Vorraussetzung für den Mond. Die durch das schnelle Zusammenfügen der kleinen Teilchen freigesetzte Energie wurde in Form von Wärme abgegeben. Folglich schmolzen die Teilchen des Mondes, wobei ein Ozean aus Magma, geschmolzenem Gestein, entstand. Das Magma kühlte langsam aus und verfestigte sich. Dabei sank auch die Dichte des Mondgesteins. Eisenhaltige Materialien bewegten sich in den Mond hinein. Diese Materialien kühlten schließlich auch ab und verfestigten sich. Sie bildeten den Mantel, eine stabile Schicht aus Fels unterhalb der Mondkruste.

Nachdem die Kruste gebildet war, schlugen einige Asteroiden auf dem Mond ein und brachen die Kruste teilweise wieder auf. Die stärksten Einschläge haben vermutlich die gesamte Kruste wieder aufplatzen lassen. Einige Kollisionen waren sogar so mächtig, dass sie fast den Mond spalteten und in Stücke rissen. Durch solch eine Kollision entstand auch das Aitken-Becken, welches sich am Südpol des Mondes befindet. Es handelt sich hier um einen der größten bekannten Einschlagskrater in unserem Sonnensystem.

Kleinere Eruptionen haben sich wohl bis vor ca. 1 Milliarde Jahre fortgesetzt. Seitdem haben nur wenige Asteroiden oder Kometen die Mondlandschaft noch verändert. Da der Mond keine richtige Atmosphäre besitzt, verglühen die ankommenden Meteoriten nicht. Daher setzt sich das Bombardement bis zum heutigen Tag fort.

Auswirkungen von großen Meteoriten aus dem All sind die Mondkrater. Mikrometeoriten hingegen schleifen die Felsen auf der Oberfläche zu feinem, staubigen Pulver, welches als Regolith bekannt ist. Dieses Regolith ist auf der ganzen Mondoberfläche verteilt. Je länger ein Mondfelsen den Einwirkungen ausgesetzt ist, desto dicker wird die Regolithschicht.

Zusammengefasst lässt sich die Mondoberfläche wie folgt beschreiben: Es gibt schalenförmige Vertiefungen, genannt Krater, flache Vertiefungen, welche als Becken bekannt sind sowie breite, flache Ebenen, sogenannte Maria. Der pulvrige Staub Regolith überlagert die Oberfläche des Mondes vollständig.

Besitzt der Mond eine Atmospähre?

Die Exosphäre besteht aus den Materialien rund um den Mond, hauptsächlich Gasen, die vom  Sonnenwind kommt. Sie bildet gleichzeitig die äußerst dünne und flüchtige Atmosphäre des Mondes. Der Sonnenwind ist ein kontinuierlicher Fluss von Gasen aus der Sonne – vor allem Wasserstoff und Helium, zusammen mit einigen Edelgasen Neon und Argon.

Die restlichen Gase in der Exosphäre entstehen durch den dauerhaften Regen der Mikrometeoriten auf den Mond: Das Mondgestein erhitzt, schmilzt und verdampft schließlich in die Exosphäre. Zum größten Teil handelt es sich hierbei um Natrium und Kalium. Wie bereits erwähnt, besitzt der Mond nur eine sehr flüchtige Exosphäre, pro Kubikzentimeter befinden sich nur ein paar 100 Atome! Neben den durch Mikrometeoriten erzeugten Dämpfen stößt der Mond auch geringe Mengen Gas aus seinem Inneren aus. Die größte Konzentration der Gase befindet sich in Äquatornähe. Sie ist vor Sonnenaufgang am höchsten. Durch den Sonnenwind werden diese Gase kontinuierlich ersetzt.

Während der Nacht beträgt der Druck von Gasen auf der Mondoberfläche etwa 2,7 x 10^-10 Pascal, was ein intensiveres Vakuum darstellt, als die Laboratorien auf der Erde erzeugen können. Die Exosphäre ist so dünn, dass die bei jeder Landung der Raumsonde Apollo freigegeben Auspuffgase die Gesamtmasse der Exosphäre vorrübergehend verdoppelt hat.

Mondkrater

 

Ein Großteil der Mondlandschaft besteht aus den Mondkratern, welche durch den Aufprall von Meteoriten, Asteroiden und Kometen entstanden sind. Alle Krater auf dem Mond sind nach berühmten Wissenschaftlern benannt. Zum Beispiel ist der Kopernikus-Krater nach Nikolaus Kopernikus benannt, einem polnischen Astronom, der im 15. Jahrhunder realisiert hat, dass sich die Planeten um die Sonne bewegen. Der Archimedes-Krater wurde nach dem griechischen Mathematiker Archimedes benannt, der sehr viele mathematische Entdeckungen um 200 v. Chr. machte.

Die Form der Mondkrater variiert mit ihrer Größe. Kleine Krater mit Durchmessern von weniger als 10 Kilometer haben eine relativ schlichte, runde Schüsselform. Bei den etwas größeren Kratern hingegen kann man nicht von einer solchen Schüsselform reden, da die Kraterwand zu steil abfällt und damit das Material von der Wand auf den Boden des Kraters absackt und der Boden dadurch flacher wird. Noch größere Krater haben terrassenartig abfallende Wände und Erhöhungen im Zentrum, welche durch Verformungen des Bodens entstehen. Der Boden wird verdichtet und breitet sich in Form von solchen Spitzen aus. Das Material an den Spitzen dieser Erhöhungen kommt aus bis zu 19km tief aus dem Mondinneren.

Um die Mondkrater herum befindet sich rauhes, gebirgiges Material – Felsen, die durch den Druck bei der Entstehung aus der Oberfläche herrausgerissen wurden. Dieses Phänomen kann man bis ca. 100km um die Krater herum beobachten.

Weiter entfernt sind Felder von Schutt und in vielen Fällen unregelmäßige, sekundäre Krater, auch als Secondaries bekannt. Diese Krater sind meist ähnlich in Form und Größe und sie sind oft in Gruppen oder als Cluster in eine bestimmte Richtung ausgerichtet. Diese Sekundärkrater entstehen, wenn Material aus dem primären (ursprünglichen) Krater herausgeschleudert wird und weiter entfernt auf die Oberfläche aufschlägt. Es sind große Felsen oder Klumpen von losen, sich verbindenen Blöcken. Die Einschläge sind teilweise tausende von Kilometern vom primären Krater entfernt, was nur durch die geringe Schwerkraft des Mondes ermöglicht wird. Eine weitere Form der Auswirkungen beim entstehen von Mondkratern sind die Kraterstrahlen. Das sind leiche, pulverartige Ablagerungen des Regoliths, welche sich tausende Kilometer vom Krater entfernt auf der Mondoberfläche abzeichnen. Doch durch die vielen Mikrometeoriten werden die Kraterstrahlen mit anderem Mondstaub vermischt und so wesentlich schlechter zu erkennen. Die Krater, denen noch Kraterstrahlen zugeordnet werden können, müssen somit die jüngsten vorhandenen Krater auf dem Mond sein.

Krater mit einem Durchmesser von etwas über 200 Kilometern besitzten sogar zentrale Berglandschaften. Einige der Krater verfügen weiterhin über Innenringe von Gipfeln – zusätzlich zu den zentralen Erhöhungen.

Besitzen die Krater einen Durchmesser von über 300 Kilometern werden sie als Becken bezeichnet. Die kleineren Becken haben nur einen einzigen inneren Ring von Gipfeln, aber die größeren haben typischerweise mehrere Ringe. Die Ringe sind konzentrisch (sie haben alle den gleichen Mittelpunkt, wie beispielsweise die Ringe einer Dartscheibe). Das spektakuläre Becken Ostsee (Mare Orientale) besitzt mehrere Ringe und ist über 1000 km lang. Der Durchmesser einiger weiterer Becken beträgt mehr als 2.000 Kilometer im Durchmesser – das ist so groß wie der gesamte Westen der Vereinigten Staaten. Solche Becken treten sowohl auf der uns zugewandten sowie der uns abgewandten Seite des Mondes gleichermaßen auf. Die meisten Becken haben kaum oder gar keine Anhäufung von Basalt, insbesondere diejenigen auf der der Erde abgewandten Mondseite. Diese unterschiedlichen Aufschüttungen der Mondbecken kann auf den Schwankungen in der Dicke der Kruste basieren, denn die entfernte Mondseite hat eine bedeutend dickere Kruste, so dass es für geschmolzenes Gestein schwieriger wird, an die Oberfläche zu gelangen.

Die Meere (Maria) erscheinen für uns Beobachter als dunkle Bereiche auf der sonst so strahlenden Mondoberfläche und bedecken etwa 16% des Mondes. Einige dieser Maria sind in Latein nach Wetterbedingungen benannt – zum Beispiel das Mare Imbrium (Meer des Regens) oder das Mare Nubium (Meer der Wolken). Andere sind nach Zuständen unseres Geistes benannt, wie auch das Mare Serenitatus (Meer der Heiterkeit) oder das Mare Tranquillitatis (Meer der Ruhe).

Die Mondlandschaften der Meere sind tendenziell kleiner als die Hochländer des Mondes. Der geringe Durchmesser diverser Mondmeere ist vorallem durch die Prozesse bedingt, die sie geformt haben, was hauptsächlich vulkanische Eruptionen und Verformungen der Mondkruste waren und nicht die Einschläge durch Meteoriten oder Kometen. Die Mondlandschaften der Meere sind geprägt von Falten, Rillen, Graten und anderen typischen Formen, wie sie durch vulkanische Aktivitäten entstehen.

Faltige Grate winden sich als blasenartige Höcker fast vollständig durch all diese Meere. Die Grate sind eigentlich breite Falten im Gestein, welche durch Kompressionen erzeugt worden. Viele der Mondgebirgskämme sind beinahe Kreisförmig ausgerichtet, wobei kleinere Erhebungen noch weitere Außenringe erzeugen. Diese rund angeordneten Systeme weisen auf andere Zusammenhänge wie tiefe Krater hin, die existierten bevor sich die Meere geformt haben.

Rillen sind schlangenartige Vertiefungen, die sich durch weite Teile der Meere ziehen. Wissenschaftler dachten früher, dass diese Rillen von uralten Flussbetten stammen könnten. Heute jedoch wird vermutet, dass diese Rillen beim Fluss der Lava gebildet worden. Gefestigt wird diese Vermutung durch die Tatsache, dass die durch Apollo-Astronauten vom Mond zur Erde transportierten Gesteinsproben fast kein Wasser in ihrer molekularen Struktur enthielten. Auch detaillierte Fotografien weisen Ähnlichkeiten mit gleichartigen, durch Lava geformten, Rillen auf der Erde auf.

Entstehung der Mondkrater

Bis ins späte 18. Jahrhundert gingen Astronomen davon aus, dass Vulkanismus die Krater auf dem Mond geformt hätten. Aber 1870 hatte der englische Astronom Richard A. Proctor die korrekte Ansicht veröffentlicht, dass die Krater durch das Einschlagen fester Objekte entstanden. Anfangs wollten nur weniger Wissenschafter diese Meinung vertreten, da sie stets von den Erdkratern auf die Mondkrater schlossen und kein Erdkrater als Einschlag eines außeriridschen Objektes galt – allen konnte man vulkanische Ursprünge zuweisen.

In einer Diskussion von 1892 äußerte auch der amerikanische Geologe Grove Karl Gilbert, dass die meisten Mondkrater durch Einschläge verursacht wurden. Er stützte seine Argumente auf die Größe mancher Krater. Dazu gehörten auch die Becken, welche nun erstmals durch Gilbert genannt wurden. Gilbert hatte herausgefunden, dass die Mondkrater nur in vielen, jedoch nicht in allen Teilen den Erdkrater gleich sind. Beide sind große, runde Gruben, doch ihre Strukturen ähneln sich in keiner Weise. Experimentell erschuf und erforschte er eigene Krater, die entstehen, wenn fallengelassene Tonkugeln oder geschossene Munition in Ton und Sand trifft. Anhand von Mondfotos fand Gilbert auch heraus, welche Krater schon vor und welche erst nach einem großen Einschlag, welcher ein Meer formte, enstanden ist. Wenn ein Krater teilweise von Ausstößen des Meeres bedeckt ist, muss er schon vorher da gewesen sein, ist er frei von dieses Austsößen oder im Meer selbst, muss dieser Krater später entstanden sein.

Mondmeere durch Vulkanismus auf dem Mond

Bei Entstehung der Mondmeere sind auch andere Gesteinsformen entstanden, die auf ihre markante Art und Weise durch Vulkanausbrüche geformt wurden. Durch das Mare Imbrium z.B. ziehen sich Steilhänge, welche enstandanden, als sich die Lavaflut verfestigte, wodurch anderes, noch flüssiges Magma sich hinter der Front aufstaute. Das Vorhandensein dieser Abhänge festigt die Vermutung, dass die Meere aus festgewordener Lava bestehen.

Kleinere Hügel und Anhebungen mit grubenartigen Gipfeln sind wahrscheinlich kleine Vulkane. Sowohl kuppelförmige wie kegelförmige Vulkane befinden sich an vielen Stellen des Mondes. Ähnlich wie auf der Erde treten sie zumeist konzentriert, in Clustern, auf. Eine der größten Konzentrationen für diese Vulkane ist der Marius Hills Complex (PDF, englisch) im Oceanus Procellarum (Ozean der Stürme). Zahlreiche Spalten, Rillen, Grate und mehr als 50 Vulkane befinden sich in diesem Gebiet!

Große Flächen der Meere sind mit einem dunklen Manatel bedeckt. Diese Ablagerungen, welche unter anderen auch bei den Apollo-Missionen eingesammelt wurden, haben sich als Rückstände von Vulkanasche herausgestellt und bisherige Theorien diesbezüglich bestätigt. Viele der kleineren, sich auf dem Mond befindenen dunklen Mäntel, können mit in der Nähe liegenden Vulkanen in Verbindung gebracht werden. Diese kegelförmig gearteten Mäntel sind sehr flach und breit und wohl durch vulkanische Explosionen entstanden.

Der Mond besitzt, wie die Erde, drei innere Schichten: Die Kruste, den Mantel und den Kern. Doch die Zusammensetzung, der Aufbau und die Entstehung dieser Schichten unterscheiden sich stark von denen der Erde. Fast alles Erkenntnisse unserer Wissenschaftler über die Schichten von Erde und Mond wurden aus seismischen Aktivitäten abgeleitet, aus Erd- bzw. Mondbeben. Die Daten über Monderschütterungen erhielten die Wissenschaftler durch fortschrittliche Technologien, welche zwischen 1969 und 1972 im Rahmen einer Apollomission auf dem Mond installiert wurde.

Die Mondkruste

Die durchschnittliche Dicke der Mondkruste beträgt ungefähr 70 Kilometer, was verglichen mit der rund 10 Kilometer dicken Erdkruste sehr viel erscheint. Der äußere Bereich der Mondkruste ist wegen den zahlreichen Meteoriteneinschlägen zer- oder zumindest angebrochen.Die zerstörten Teile der Kruste reichen ca. 10 Kilometer weit in das Mondinnere. Eine Besonderheit der unteren Bereiche der Mondkruste ist das plötzliche Ansteigen der Gesteinsdichte bei ca. 50 km Tiefe auf der Erdzugewandten und 80 km Tiefe auf der Erdabgewandten Seite.

Der Mondmantel

Der Mantel des Mondes besteht aus festem Gestein, welches stark Eisen- und Magnesiumhaltig ist. Er hat sich zu einer Zeit gebildet, als der ganze Mond noch zerschmolzen war. Dabei stiegen die weniger mineralhaltigen Gesteine an die äußeren Schichten des Mondes, die mineralhaltigeren und dadurch schwereren Gesteine sanken in die Tiefe. Später schmolz ein Teil des Mantel noch ein mal, als es im Kern zu einer starken Erhitzung kam. Grund für diese Erhitzung war der Zerfall von Uran und anderen, radioaktiven Elementen. Durch die Erhitzung entstand basaltisches Magma aus den geschmolzenen Gesteinen. Dieses Magma bahnte sich dann seinen Weg an die Mondoberfläche und brach dort aus den Mondvulkanen in Form von Lava und Asche aus. Obwohl dieser Vorgang ca. 1 Milliarde Jahre angedauert hat, beginnend etwa vor 4 Milliarden Jahren, wurde in dieser Zeit kaum mehr als 1 Prozent des gesamten Mondmantels umgeschmolzen.

Der Mondkern

Daten, welche von Mondschürfern gesammelt wurden, bestätigen, dass der Mond einen Kern besitzt und lassen Wissenschaftler außerdem die Größe des Kernes abschätzen. Man geht von einem 400km Radius des Mondkernes aus. Im Vergleich sei die größe des Erdkernes aufgezeigt, welche ca. 3500km Durchmesser beträgt. Der Mondkern besitzt nicht einmal 1% der gesamten Masse des Mondes. Vermutlich besteht der Kern hauptsächlich aus Eisen und Schwefel, aber auch andere Elemente könnten sich im Mondkern befinden.

Der Erdkern besteht zum größten Teil aus gescchmolzenem Eisen und Nickel. Dieser geschmolzene, sich schnell drehende Erdkern sorgt für das Magnetfeld, welches den gesamten Globus überzieht. Ein magnetisches Feld besitzt Wirkung auf magentische Objekte in der Umgebung. Wenn der Kern eines Planeten (oder wie im Fall des Mondes Satelliten) geschmolzen ist wirkt er magnetisch auf den Planet/Satellit, da er sich auf Grund der Rotation um ein anderes astronomisches Objekt wie z.B die Sonne dreht. Doch die magnetische Energie des kleinen Mondkerns riecht nicht aus, um ein globales Magnetfeld zu erzeugen. Einige Mondregionen jedoch weisen durchaus magnetische Kräfte auf, auch wenn man sich zum heutigen Zeitpunkt nicht erklären kann, wie dies möglich ist. Eventuell war der geschmolzene Mondkern früher ein mal größer.

Es gibt Hinweise darauf, dass das früher im Mond enthaltene Gas noch immer im Mond vorhanden ist. Die Basaltschicht des Mondes enthält einige Löcher, Vesikel genannt, welche bei Vulkanausbrüchen entstehen. Kommt es auf der Erde zu Eruptionen, entfleucht das Kohlendioxied bei einem Vulkanausbruch, ähnlich wie Kohlensäure, wenn man eine Flache Mineralwasser öffnet, die zuvor geschüttelt wurde. Die Vesikel im Basalt weisen darauf hin, dass im Inneren des Mondes noch immer Gas, vermutlich Kohlenmonoxied und gasförmiger Schwefel, vorhanden sind. Auch die vulkanische Asche ist ein deutlicher Hinweis auf Gas. Die meisten Vulkanausbrüche auf der Erde werden durch das Erdgas vorrangetrieben.

Erforschung des Mondes

Antikes Gedankgut

Einige antike Völker glaubten, dass der Mond eine sich drehende Schale mit brennendem Feuer ist. Andere meinten, es wäre ein Spiegel, der das Land und die Meere reflektiere. Erst die Philosophen im antiken Griechenland verstanden, dass der Mond eine Kugel in einer Umlaufbahn um die Erde sein muss. Sie wussten auch, dass das Mondlicht die reflektierte Sonnenstrahlung ist. Einige dieser Philosophen hatten die Vermutung, dass es sich bei dem Mond um einen belebten Planeten wie bei der Erde handele. Etwa 100 n. Chr. sprach Plutarch davon, dass die Menschen früher auf dem Mond gelebt hätten. Die Griechen gingen davon aus, dass die dunklen Bereiche des Mondes Meere und die hellen Bereiche Festland waren. 50 später fand Ptolemäus, ein griechischer Astronomen der in Ägypten lebte, heraus, dass der Mond unser nähester Nachbar im All ist. Er ging jedoch fälschlicherweise davon aus, dass sowohl der Mond wie auch die Sonne die Erde umkreisten. Seine Ideen hatten Einzug bis ins 15. Jh, bis der Astronom Nikolaus Kopernikus diese Theorie widerlegte und zeigte, dass sich die Planeten samt ihren Satelliten um die Sonne drehen.

Mondbeobachtung

Der italienische Astronom und Physiker Galileo Galillei hat die erste wissenschaftliche Beschreibung des Mondes erstellt, welche auf Beobachtungen mit einem Teleskop basiert. Im Jahre 1609 beschrieb Galileo eine raue, bergige Oberfläche. Dies war revolutionär, wurde doch bis zu diesem Zeitpunkt angenommen, dass die Oberfläche glatt wäre. Galileo vermutete, dass die hellen Bereiche hügelige Berglandschaften und die dunklen Regionen ebene Flächen waren. Das Vorhandenseien hoher Bergen auf dem Mond faszinierte Galileo. Mit seiner detaillierten Beschreibung eines großen Kraters im zentrale Hochland – wahrscheinlich Albategnius – begann ein über 350 Jahre andauernder Streit über die Herkunft der „Löcher“ auf dem Mond.

Diverse andere Astronomen des 16. Jahrhundert fertigten eine Karte der Mondoberfläche an und katalogisierten jeden Bereich, den sie ausmachen konnten. Durch stetig verbesserte Teleskope wurden diese Aufzeichnungen immer genauer. 1645 wurde eine Karte vom holländischen Ingenieur van Langren angefertigt, welche vielen Kratern einen Namen zuwies. Im selben Jahr wurde von dem Italiener Anton MS de Rheita eine Karte gefertigt, welche die Strahlensysteme der Krater Kopernikus und Tycho korrekt darstellt. 1647 wurde von Johannes Hevelius eine Karte erstellt, die sogar die durch Libration sichtbar gewordene Flächen mit abdeckt. 1651 haben zwei Jesuiten aus Italien, Giovanni Battista Riccioli und Francesco M. Grimaldi, eine vollständige Mondkarte entwickelt, welche ein Namenssystem für die Mondlandschaften enthielt, welche heute noch genutzt werden.

Veränderung des Mondes

Gilbert schlug auch vor, das relative Alter der Mondoberfläche aus dem Studium von Eigenschaften des Einschlags, durch welches das Mare Imbrium entstand, herauszufinden. Dieser Vorschlag war der Schlüssel zum Aufrollen der Geschichte des Mondes. Gilbert erkannte schnell, dass der Mond ein komplexes System ist, welches über lange Zeit geschaffen wurde.

In seinem Buch The Face of the Moon (Das Gesicht des Mondes, 1949), hat der amerikanische Astronom und Physiker Ralph B. Baldwin auch die Mondevolution beschrieben. Er verwies auf die Ähnlichkeiten der Formen zwischen Kratern auf dem Mond und Bombentrichtern während des Zweiten Weltkriegs und folgerte daraus, dass die Mondkrater durch einen gewaltigen Aufprall durch fremde Körper entstanden sind. Er sagte jedoch nicht, dass jedes Merkmal des Mondes durch einen solchen Einschlag entstand. Er erkannte, dass die Meere durch Ströme von basaltischem Lava entstanden, ähnlich wie einige Bereiche der Erde. Er fand vermutete außerdem zurecht, dass all die kreisförmigen Meere Einschlagskrater sind, welche später lediglich mit Lava aufgefüllt wurden.

In den Fünzigern veröffentlichte der amerikanische Chemiker Harold C. Urey eine differnzierte Ansicht zur Vergangenheit des Mondes. Er behauptete fälschlicher Weise, dass der Mond seit jeher kalt und starr war, weil er es momentan auch ist. Er erkannte jedoch, dass die Mondkrater ihren Ursprung in Einschlägen haben. Allerdings zog er daraus einen Fehlschluss: Er dachte, dass die Meere Ablagerungen von Schutt seinen, welcher bei den Einschlägen entstanden sein soll. Auch fehlgeleitet wurde er in der Annahme, dass der Mond nie besondere geschmolzene Teile hatte. Da er 1934 den Nobelpreis für Chemie gewann und eine sehr gute Reputation vorweisen konnte, namen viele Wissenschaftler seine Ansichten an. Urey versuchte, den Mond in den Fokus der wissenschaftlichen Studien zu rücken. Trotz der Tatsache, dass viele seiner Annahmen falsch waren, hat seine Unterstützung stark dazu beigetragen, dass der Mond frühzeitig durch ein Raumfahrtprogramm erreicht werden konnte.

Im Jahr 1961 gründete der US-Geologe Eugene Shoemaker die Filiale der Astrogeology of the U.S. Geological Survey (USGS). Astrogeologie ist das Studium von anderen Himmelskörpern als der Erde. Shoemaker wollte die Oberfläche des Mondes aus geologischer Perspektive untersuchen und so das relative Alter von Gesteinen in der Nähe des Kopernikuskraters herausfinden. Shoemaker untersuchte auch den Meteorkrater in Arizona und dokumentierte die Auswirkungen dieses Vorfalls. In Vorbereitung auf die Apollo-Missionen zum Mond begann die USGS zur Kartierung der Geologie des Mondes mit Teleskopen und Bildern. Diese Arbeit gab den Wissenschaftlern ihr grundlegenden Verständnis der Mondevolution.

Das Apollo-Programm der USA

 

Beginnend im Jahr 1959 schickten die Sowjetunion und die Vereinigten Staaten eine Reihe von Roboterraumsonden zum Mond, um diesen im Detail zu untersuchen. Ihr primäres Ziel war es, Menschen zum Mond fliegen zu lassen. Die Vereinigten Staaten erreichten dieses Ziel im Jahr 1969 mit der Landung der Apollo 11 Mondfähre. Die Vereinigten Staaten führten noch sechs weitere Apollo-Missionen durch, darunter fünf Mondlandungen. Die letzte Apollomission zum Mond war die Apollo 17 im Dezember 1972. Die Apollo-Missionen brachten viel Verständnis für den Mond. Ein Großteil der Erkenntnisse über den Mond gilt auch für die Erde und die anderen inneren Planeten – (Merkur, Venus und Mars). Wissenschaftler haben zum Beispiel gelernt, das ein Einschlag ein geologischer Prozess ist, der auf Planeten und ihren Satelliten wirkt.
Nach den Apollo-Missionen schickte die Sowjetunion vier Luna Sonden zum Mond. Die letzte, Luna 24, kehrte mit Proben von Mondstaub im August 1976 zurück.

Der Mond heute

Die im Januar 1994, von den Vereinigten Staaten abgeschossene Orbiter Clementine nahm mit ihren vier integrierten Kameras von Februar bis Mai ca. 2 Millionen Mondfotos auf. Ein Lasergerät vermaß den Mond: Die Höhe der Berge, die Tiefe der Krater und viele andere Merkmale. Die Orbiter Clementine erkannte mit ihrer Technik auch, dass am Südpol große Mengen gefrorenen Wassers vorkommen.

Die US-Sonde Lunar Prospector umkreiste der Mond von Januar 1998 bis Juli 1999. Sie bildete die Konzentrationen der chemischen Elemente des Mondes, Magnetfelder und Hinweise auf Eis an beiden Polen ab.

Die SMART-1 Sonde, die von der European Space Agency im Jahr 2003 gebaut wurde, flog 2004 in eine Umlaufbahn um den Mond. Die Instrumente wurden speziell so entwickelt, die Herkunft des Mondes zu bestimmen und chemische Elemente auf der Mondoberfläche zu erkennen.

Aktuell (Stand Dezember 2010) laufend zwei Mondmissionen: Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA und Chang’e-2 der CSNA (China). Eine detaillierte Liste mit Mondmissionen findet sich bei wikipedia.

Ich hoffe, dieser Ausflug zum Mond war spannend und interessant. Wenn Sie einen Fehler finden würde ich mich freuen, wenn sie diesen in  Form eines Kommentars mitteilen. Wenn Sie durch diesen Artikel angeregt wurden, selber über Flüge zum Mond nachzudenken, so berichten sie auf dieser Website bitte von Ihren Träumen. :)

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