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Der Planet Mars wird von zwei Monden umkreist. Diese unterscheiden sich stark vom Mond der Erde in Grösse und Gestalt. Sie kreisen ungewöhnlich nahe an ihrem Mutterplaneten. Der Orbit von Phobos – der innere der beiden Monde – liegt nur 6000 Kilometer über dem Marsäquator. Der fortgeschrittene und gut ausgerüstete Amateurastronom kann diese Monde während der Erdnähe des Mars knapp beobachten. Die Erforschung der physikalischen Natur der Marsmonde ist der Raumfahrt vorbehalten.
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| Phobos (oben) und Deimos (unten) im richtigen Grössenverhätnis. © JPL / NASA. |
Johannes Kepler (1571-1630) dachte schon kurz nach der Entdeckung der vier Jupitermonde über die Möglichkeit nach, dass auch der Mars Monde haben könnte. Er ging davon aus, dass sich die Schöpfung in harmonischen Zahlenverhältnissen im Planetensystem widerspiegeln würde. Beobachtungen zeigten, dass Venus keinen Mond, Erde einen und Jupiter vier Monde besitzt (nach damaligem Stand der Wissenschaft). Folglich müsste der dazwischen liegende Mars zwei Monde aufweisen. Obwohl man mit den ersten Teleskopen vergeblich nach den Monden des Mars suchte, wurden die beiden Marsmonde bereits in Gullivers Reisen (1726) erwähnt. Der Autor Swift verblüffte mit präzisen Angaben bezüglich Größe und Umlauf der Marsmonde.
Die erste erfolgreiche Beobachtung fand erst im Jahre 1877 statt. Der amerikanische Astronom Asaph Hall fand zwei schwache sternchenartige Objekte, die den Mars im Laufe einiger Stunden umkreisten. Er benütze dazu ein neues Spiegelteleskop am Marineobservatorium bei Washington. In der Mythologie wird der Kriegsgott Mars von Furcht (Phobos) und Schrecken (Deimos) begleitet. Deshalb wurde der näher bei Mars kreisende Mond Phobos und der andere Deimos getauft. Da man sie im erdgebunden Teleskop nicht als Scheibchen sehen konnte, schätze man ihre Grösse auf kleiner als 100 Kilometer im Durchmesser.
Erst im Zeitalter der Raumfahrt konnte man mehr über die Begleiter des Mars erfahren. Die erste Raumsonde, die Nahaufnahmen von Phobos und Deimos machte, war die amerikanische Mariner 9. So konnte von beiden Monde erstmals die wahre Grösse angegeben werden (siehe Tabelle). Nach Mariner 9 im Jahre 1972 trugen noch die Missionen Viking (USA, 1976), Phobos (UdSSR, 1988), Mars Global Surveyor (1998) zum heutigen Verständnis der Marsmonde bei (siehe Missionen zum Mars).
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| Der mehrere Kilometer grosse Krater Stickney auf Phobos. Mars Global Surveyor, © JPL / NASA. |
Phobos ist ein kartoffelartiges Gebilde von wenig mehr als 20 km Ausdehnung. Zum Vergleich: der Bodensee ist 100 Kilometer lang. Seine Oberfläche ist kaum heller als ein Stück Kohle und ist eine der trockensten im ganzen Sonnensystem. Das bisschen Schwerkraft, das Phobos an der Oberfläche aufweist, reicht nicht um eine Atmosphäre zu halten. Seine trockene, fast schwarze Oberfläche ist somit vom Vakuum des Weltraums umgeben.
Phobos ist offensichtlich nicht monolithisch (monolithisch = aus einem zusammenhängenden Felsen bestehend). Phobos weist einen mehrere Kilometer grossen Krater auf. Dieser Einschlag hätte einen so kleinen Körper in Stücke zerspringen lassen müssen. Die einzige Chance, einen solchen Einschlag zu überstehen ist, dass Phobos aus mehreren Stücken besteht. Die Zwischenräume sind mit Geröll und Staub zugeschüttet. Der grosse Einschlag hat eine Reihe parallel verlaufender Gräben hinterlassen.
Deimos ist im Vergleich zu Phobos nur halb so gross. Der kleine Mond ist mit einer vielleicht 100 Meter dicken Staubschicht bedeckt. Aus dieser Staubschicht ragen die Spitzen von Felsen hervor - gerade so, wie Eisberge aus dem Meer. Diese Staubschicht ist das Resultat des seit Milliarden Jahre andauernden Bombardement durch Meteoriten. Diese Einschläge haben die oberen Schichten des Mondes pulverisiert.
Es gibt heute zwei mögliche Erklärungen für die Entstehung der beiden Marsmonde:
Viele Wissenschaftler glauben, dass die beiden Marsmonde einst Asteroiden waren („Felsbrocken“, die die Sonne umkreisen). In der Frühgeschichte war die Marsatmosphäre dick genug, dass sie als Bremse wirken konnte, wenn ein solcher Asteroid ganz knapp am Mars vorüberflog. So könnten Asteroiden auf eine Umlaufbahn um Mars gelangt sein.
Eine andere Erklärung wäre, dass die Monde sich zusammen mit Mars bildeten, oder die Überreste eines grösseren Mondes sind, der bei einem Zusammenstoss mit einem Asteroiden zerstört wurde.
Nur mit der Untersuchung von Gesteinsproben von beiden Monden wird man in der Lage sein, eine der beiden Möglichkeiten zu beweisen.
Phobos befindet sich nicht auf einer langfristig stabilen Umlaufbahn. Gezeitenkräfte lassen ihn immer enger um Mars kreisen, so dass er in etwa 40 Millionen Jahren auf den Mars abstürzen wird. Angesichts des Alter des Mars von 4500 Millionen Jahren wäre es doch ein merkwürdiger Zufall, dass Phobos ausgerechnet so lange überlebt hat, um gerade noch von den Menschen der Erde gesehen zu werden. Ein Asteroideneinfang (z.B. mit Bremsung durch die Atmosphäre) oder eine Zerstörung eines etwas grösseren Mondes vor "kürzerer" Zeit wurden das Problem des unwahrscheinlichen Zufalls etwas mildern.
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| Umlaufbahn von Phobos (innen) und Deimos (aussen), wie sie ein Beobachter auf der Erde im Juli, August 2003 sieht |
Zwei Dinge schränken die Beobachtung der Marsmonde durch erdgebundene Teleskope ein. Ihre Kleinheit und ihre Nähe zu Mars.
Würde Phobos unabhängig von Mars um die Sonne laufen, so könnte er mit Amateurteleskopen ab 20 cm Linsen- (bzw. Spiegel-) Durchmesser gesehen werden. Mars ist viel grösser und somit auch viel heller als Phobos. In den Wochen der Erdnähe ist er das auffälligste Objekt am Himmel. Es ist sehr schwer, ein so schwaches Objekt wie Phobos oder Deimos in unmittelbarer Nähe eines so hellen Objekts erkennen zu können.
Eine Möglichkeit, das Problem des enormen Helligkeitsunterschiedes etwas zu mindern, besteht darin, den Mars abzudecken. Behelfsmässig kann man dies so bewerkstelligen, dass man das Teleskop so schwenkt, dass Mars gerade ausserhalb des Gesichtsfeldes liegt, der Mond jedoch noch am Rand sichtbar bleiben soll. Professioneller ist es, eine kleine Blende im Brennpunkt des Teleskops anzubringen, die den Mars gerade abdeckt. Für den mit den üblicher Mittels ausgerüsteten Amateur muss es aber bereits ein 15"-Teleskop sein, um Phobos erhaschen zu können (diese Zahl gilt für eine mittlere Oppositionsentfernung von Mars).
Für die Planung einer Beobachtung der Marsmonde muss man sich darüber informieren, wann die Marsmonde möglichst weit entfernt vom Mars stehen und sich nicht etwa gerade zwischen Mars und Erde befindet. Die Umlaufszeit des Mondes beträgt nur gut 7 Stunden, so wird er während einer Beobachtungsnacht einmal in maximaler Winkeldistanz zu Mars stehen. Etwa eine halbe Stunde vorher und bis eine halbe Stunde danach bleiben die Sichtbedingung günstig; wenn man angesichts der beschriebenen Schwierigkeiten überhaupt von günstigen Bedingungen sprechen kann.
Deimos ist etwas weiter weg von Mars - maximal 4 Marsdurchmesser entfernt - ist jedoch auch lichtschwächer: Deimos ist gerade eine Helligkeitsklasse weniger hell als Phobos. Er sollte als Lichtpunkt von 12.4 Grösse in einer mittleren Oppositionsentfernung eigentlich bereits in einem 10"-Teleskop erkennbar sein.
Bei den Monden des Jupiters lassen sich auch Schattenwurf auf den Planeten sowie das Verschwinden des Mondes im Planetenschatten gut beobachten. Angesichts der geschilderten Beobachtungsschwierigkeiten bei den Marsmonden ist an eine Beoboachtung solcher Phänomene wie bei den Jupitermonden mit erdgebundenen Mitteln nicht zu denken.
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| Bild von Phobos vom Marsboden aus fotographiert (Pathfinder, 1998). © JPL / NASA. |
Drei Landungen von mit Kameras ausgerüsteten Robotern wurden in der Vergangenheit bereits erfolgreich und weitere werden Ende 2003 und Anfang 2004 folgen. Eines Tages wird diesen automatischen Kundschaftern auch der Mensch folgen. Was sieht ein Beobachter von den Marsmonden?
Phobos gehört von seiner Bahn zu den ungewöhnlichsten Monden im Sonnensystem. Seine Umlaufszeit ist geringer als der Tag auf seinem Mutterplaneten dauert. Wie die im niedrigen Erdorbit kreisenden künstlichen Satelliten geht Phobos im Westen auf und im Osten unter. Für einen Beobachter auf Mars geht Phobos alle 10 Stunden auf. Phobos ist viel kleiner als der Mond der Erde, jedoch dem Mars viel näher als der Erdmond der Erde. Phobos erscheint etwa einen Drittel so gross am Marshimmel wie uns unser Mond. Während er im Laufe weniger Stunden über den Himmel zieht, verändert er seine Phase und taucht in der Vollmondstellung meist in den Marsschatten ein,
Deimos ist keiner als Phobos und zieht in grösserem Abstand zu Mars seine Bahn. Einem Beobachter auf Mars erscheint er eher als heller Stern denn als Mond. Für einen Umlauf um Mars benötigt er gut 30 Stunden; nur wenig länger als ein Marstag dauert. Deshalb geht Deimos im Osten auf und im Westen unter, jedoch findet nur alle fünfeinhalbe Tage ein Aufgang statt.
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