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[ Mondproben | Mondgesteine | Wassereis | Ursprung des Mondes | geplante Mondmissionen | Links ]
Der Mond ist unser nächster Nachbar im Weltraum. Von blossem Auge lassen sich auf dem Mond dunkle und helle Gebiete - die Mare und Terrae - erkennen. Bis heute ist er immer noch der einzige Himmelskörper der Besuch von Menschen erhielt. Seit Beginn der modernen Monderkundung durch die Raumfahrt hat man einiges über unseren Nachbarn im All gelernt.
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| Wichtigste Daten des Mondes. Daten aus [1], [2] |
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| Bei der letzten bemannten Mondmission Apollo 17 gelangte erstmals ein Geologe zum Mond. Mit einem Rover erkundeten Harrison "Jack" Schmitt und Eugen Cernan die nähere Umgebung des Landemoduls. Anklicken für ein grösseres Bild. Quelle: NASA. |
Sechs bemannte Apollo-Missionen und drei sowjetische unbemannte Luna-Sonden haben 382 kg Gestein von der Mondvorderseite auf die Erde gebracht (siehe Tabelle). Zu diesen Proben gesellen sich noch 18 Meteorite (Stand Okt. 2000), die vom Mond stammen.
Durch Meteoriteneinschläge auf dem Mond wurden Gesteinsbrocken aus der Mondkruste weggeschleudert. Einige dieser Brocken kreuzten die Erdbahn und kollidierten nach zehntausenden bis Millionen von Jahren mit der Erde. Die meisten der Mondmeteorite werden in trockenen Wüsten der Antarktis und der Sahara gefunden. In diesen Gebieten werden die vom Himmel gefallenen Steine kaum verwittert und überdauern tausende bis zehntausende von Jahren auf der Erdoberfläche. In der Antarktis werden sie durch Gletscherbewegungen in bestimmten Gebieten konzentriert.
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| Von 1969 bis 1976 wurden insgesamt 382 kg Mondgestein von neun verschiedenen Regionen auf die Erde gebracht.Daten aus [1]. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Stark verkraterte Hochlandregion im Südosten des Mondes. Die beiden prominenten Krater in Bildmitte sind Metius und Fabricius. Links davon befindet sich das Vallis Rheita und am linken Bildrand der Krater Rheita. © R. Brodbeck und Ph. Heck, ST7-CCD mit 30-cm-Refraktor, Urania-Sternwarte-Zürich. |
Die dunklen Mare finden sich vor allem auf der Vorderseite des Mondes. Der Blick durch ein kleines Fernrohr zeigt bereits, dass es sich bei den Mare um ausgedehnte Ebenen mit sehr wenigen Kratern handelt. Die helleren Gebiete sind dagegen regelrecht mit Kraten übersäht. Die Anzahl Krater pro Flächeneinheit wird Kraterdichte genannt und dazu verwendet, das relative Alter einer Planetenoberfläche abzuschätzen. Je älter eine Oberfläche ist, desto mehr kraterformende Meteoriteneinschläge hat sie erlebt. Aus dieser Sicht erscheinen die Mare relativ jung. Geochemische Untersuchungen an den Maregesteinen haben dies auch bestätigt.
Die Mare sind vulkanischen Urpsrungs und bestehen aus dunklen Basalten. In der Frühzeit des Mondes, bis vor etwa 3.8 Milliarden Jahren, wurden durch gewaltige Einschläge riesige Becken ausgehoben.Einige hundert Millionen Jahre später stieg durch Risse in der Kurste Magma auf und füllte die Einschlagsbecken auf. Dabei wurden kleinere Einschlagskrater in den Becken überdeckt und entziehen sich heute unserem Blick.
Die stark verkraterten hellen Gebiete liegen höher als die Mare und werden deshalb Hochländer genannt. Sie bestehen aus der urprünglichen Kruste und sind mit den meisten Kratern mehr als 4 Milliarden Jahre alt. Die Vielfalt der Hochlandgesteine ist in folgender Tabelle zusammengefasst.
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| Zusammenfassung der wichtigsten Mondgesteine. *) Einige Mare-Basalte umschliessen jüngere Strahlenkrater und könnten deshalb nur eine Milliarde Jahre alt sein. In den Hochländern wurden Bruchstücke von Mare-Basalten gefunden die auf 4.3 Milliarden Jahre datiert wurden. Daten aus [1], Bilder von NASA/Ames ERC, anklicken für ein grösseres Bild. | ||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Fussabdruck im Regolith.Anklicken für grösseres Bild. Quelle: NASA |
Da der Mond keine Atmosphäre besitzt, schlagen grosse und kleine Meteoriten ungebremst auf die Mondoberfläche ein. Dies führte im Laufe der Zeit zu einer Pulverisierung der Oberflächengesteine. Die Hochländer sind mit über 15 Metern Gesteinspulver - Regolith genannt - bedeckt, die jüngeren Mare mit zwei bis acht Metern. Von Apollo-Astronauten aufgestellte Seismometer registrierten von Zeit zu Zeit leichte Mondbeben, die teilweise von einschlagenden Meteoriten verursacht wurden und teilweise aus dem oberen Mantel und tiefen Inneren stammen. Die fehlende Atmosphäre lässt auch den Sonnenwind auf den Regolith treffen. Dabei können Gase aus dem Sonnenwind (z.B. Helium-3 oder Stickstoff) in die Regolith-Körner regelrecht implantiert werden. Der Regolith stellt damit ein wichtiges Archiv für die vergangene Sonnenaktivität dar, da sich die Intensität des Sonnenwindes mit der Aktivität der Sonne verändert.
Erst in den neunziger Jahren des letzten Jahrhunderts gab es wieder zwei Mondmissionen - mit sehr grosser wissenschaftlicher Ausbeute. Die US-Sonden Clementine und Lunar Prospector. Ertsmals wurden globale geophysikalische und geochemische Karten erstellt: Topographie, Schwerefeld, Magnetfeld, Elementzusammensetzung und Mineralogie.
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| In diese polnahen Krater gelangt kein Sonnenstrahl. Die Bildsequenz wurde von der US-Mondsonde Clementine aufgenommen. Quelle: NASA |
Sehr vielversprechend ist die Entdeckung, dass sich möglicherweise Wassereis in den Polgebieten befindet. Die Rotationsachse des Mondes ist gegenüber der Erdbahn um die Sonne nur um 1.5 Grad geneigt. Deshalb gelangt in tiefe polnahe Krater gar kein Sonnenlicht. Drei kalifornische Planetologen vermuteten deshalb schon 1961, dass dort Wassereis über längere Zeit existeren könnte.
Kometen, zu einem grossen Teil aus Eis bestehend, könnten durch Einschläge das Wasser geliefert haben. In den kalten, schattigen Polkratern blieb es erhalten, während es in beleuchteten Gebieten sofort verdampfte. Lunar Prospector mass Neutronen die vom Sonnenwind auf die Mondoberfläche treffen, dort abgebremst und reflektiert wurden. Dabei stellte man fest, dass in gewissen Kratern in den Polgebieten die Neutronen besonders stark abgebremst wurden. Die ungewöhnlich starke Abremsung wird wahrscheinlich durch die Kollision der Neutronen mit Wasserstoff verursacht.
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| Nord- und Südpolregion des Mondes. Dargestellt ist die Anzahl von Neutronen mittlerer Energie, die von Lunar Prospector gezählt wurden. Violett und blau entspricht wenigen, grün und gelb vielen. Anklicken für ein grösseres Bild. Quelle: Los Alomos National Laboratory. |
Als sehr plausible Erklärung wäre anzunehmen, dass in den dunklen Polkratern Wasserstoff als Wassereis mit Regolith vermischt vorkommt. Konservative Schätzungen gehen von insgesamt 10 Megatonnen Wasser auf dem Mond aus. Dies entspricht gerade mal einem Kubikkilometer flüssigem Wasser. Im Vergleich dazu hat der Zürichsee (3.3 km^3) dreimal mehr Wasser als der Mond!
Am Ende der Lunar Prospector Mission hat man die Sonde in einen polnahen, dunklen Krater abstürzen lassen. Man erhoffte sich, der Absturz würde genug wasserhaltigen Mondstaub auswerfen, um mit erdgebundenen Teleskopen und dem Weltraumteleskop Hubble Wasser nachzuweisen. Leider war das Experiment erfolglos und die Frage nach Wasser auf dem Mond ist noch nicht endgültig geklärt.
Auf der Mondrückseite befindet sich ein riesiges Einschlagsbecken von 2'500 km Durchmesser mit einer mittleren Tiefe von 12 km. Es ist durch den Krater Aitken im Norden und den Südpol begrenzt und wird deshalb Südpol-Aitken-Becken genannt. Erst nach der globalen Kartierung durch Clementine und Lunar Prospector wurde die Bedeutung dieses Beckens erkannt. Ein grosser Einschlagskörper hat die dicke Kruste der Mondrückseite durchschlagen und hat vermutlich sogar Mantelgesteine freigelegt. Das Becken wäre deshalb ein sehr geeigneter Landeort für zukünftige Mondlandungen um möglichst viel über das Innere des Mondes zu erfahren. Leider ist zur Zeit keine Mission mit diesem Ziel in Planung.
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| Computersimulation der Mondentstehung vor 4.5 Milliarden Jahren durch eine 'versetzte' Kollision von einem marsgrossen Protoplaneten (Theia) mit der Erde. Quelle: A. Cameron, www.xtec.es. |
Aufgrund geochemischer Analysen des Mondgesteins sowie Simulationen auf Hochleistungsrechnern ist man heute der Ansicht, dass der Mond bei einer Kollision eines marsgrossen Körpers mit der Erde entstanden ist: Vor rund 4.5 Milliarden Jahren, etwa 50 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystem, wurde die junge Erde, die erst etwa 60 bis 70 Prozent ihrer heutigen Masse hatte, von einem etwas mehr als halb so schweren Protoplaneten - Theia genannt - getroffen. Da es sich nicht um eine Frontalkollision handelte, wurde der Erde zusätzliche Rotationsenergie gegeben und der Erdmantel wurde grösstenteils weggerissen und vermischte sich mit Theia. Die Kollisionstrümmer bildeten eine Scheibe um die Erde woraus sich in kurzer Zeit der Mond bildete.Der Rest fiel auf die Erde zurück und wurde dort integriert. Im Laufe der Zeit entfernte sich der Mond immer mehr von der Erde und bremste die Erdrotation ab (siehe Graphik). Auch heute entfernt sich der Mond noch von uns - zur Zeit mit 3 cm pro Jahr - und bremst dabei die Erdrotation um 10 Milliardstelsekunden (10 ns) pro Jahrhundert ab.
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| Der Mond entfernt sich jedes Jahr um 3 cm von der Erde. Die Gezeitenberge
der Ozeane werden durch die Erdrotation von der Verbindungslinie Erde-Mond
wegbewegt und beschleunigen den Mond, der daraufhin seine Bahn vergrössert.
Gleichzeitig verlangsamt sich die Erdrotation um 10 ns pro Jahrhundert.
Graphik: Ph. Heck / astro!nfo. Anklicken für ein grösseres Bild. |
Das beschriebene Szenario erklärt viele Eigenschaften von Erde und Mond sehr gut. So zum Beispiel die chemische Zusammensetzung von Mond und Erde, die sich vor allem dadurch kennzeichnet, dass der Mond dem Erdmantel sehr ähnlich ist, aber an flüchtigen Elementen und siderophilen Elementen wie Kobalt und Nickel abgereichert ist. Ausserdem ist das Verhältnis von schwerem zu leichtem Sauerstoff bei Erde und Mond sehr ähnlich, was für einen gemeinsamen Ursprung spricht. Es lässt sich sogar sagen, dass Theia aus der Nachbarschaft der Erde stammen muss, da Objekte in unterschiedlicher Sonnenentfernung verschiedene Sauerstoffisotopenverhältnisse haben. Die schnelle Rotation der Erde lässt sich am besten durch eine 'versetzte' Kollision mit anschliessender Akkretionsscheibe erklären.
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| Die japanische Sonde Lunar-A besteht neben einem Orbiter auch aus Penetratoren, die mehrere Meter in die Mondoberfläche eindringen.Quelle: ISAS. |
Die Europäer und Japaner planen in den nächsten Jahren insgesamt drei unbemannte Mondmissionen zu starten (siehe Kasten).Die europäische Weltraumagentur ESA, der die Schweiz auch angehört, plant im Jahr 2002 den Orbiter SMART-1 zum Mond schiessen. Japanische Weltraumforscher starten die Orbiter Selene und Lunar-A im Jahre 2003. Lunar-A hat neben dem Orbiter noch Sonden dabei, die mit hoher Geschwindigkeit auf die Mondoberfläche treffen und dort mehrere Meter tief eindringen. Dort werden sie während einem Jahr Mondbeben registrieren und den Wärmefluss durch die Mondkruste messen. Dies erlaubt eine Vorstellung vom inneren Aufbau des Mondes zu bekommen, von dem man bis heute noch sehr wenig weiss.
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Mission
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Organisation
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Start
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Art
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Besonderheiten / wichtigste Instrumente | wichtigste wissenschaftliche Ziele |
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Europäische Weltraumagentur ESA
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Oktober 2002
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Orbiter
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Test eines neuen Antriebs mit Xenon-Gas |
Hochauflösende Kartierung, Mineralogie, chem. Zusammensetzung | |
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Institut für Weltraum- und aeronautische Wissenschaft
ISAS, Universität von Tokyo
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2003
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Orbiter
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Kameras, Radar, Laser Höhenmesser, Röntgenflureszenz- und Gammastrahlenspektrometer | wie oben, zusätzlich Topographie und Oberflächenaufbau | |
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ISAS und japanische Weltraumagentur NASDA
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2003
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Orbiter und Penetrator
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Orbiter: Kamera Penetrator: Seismometer, Wärmeflusssensoren |
Innerer Aufbau des Mondes | |
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Europäisches interuniversitäres Gemeinschaftsprojekt
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Anfangs 21. Jh.
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Orbiter
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sehr kleine 'Micro'-Sonde, Kamera, Radar, Magnetfeldsensoren | Suche nach Wassereis, Dicke des Eises, Magnetfeld | |
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privates Unternehmen Applied Space Resources
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?
21. Jh. |
Lander und Rückführung | Bergung von Regolith aus dem Mare Nectaris | Verkauf von Regolith an wissenschaftliche Institute |
Eine weitere geplante Mondmission für das erste Jahrzehnt ist der europäische, interuniversitäre Microorbiter LunarSat, der vor allem die Existenz von Wassereis bestätigen soll und bei Erfolg die Wassermenge messen soll. Ausserdem soll abgeschätzt werden, wie gut sich das vermutete Mondwasser von künftigen Mondbewohnern nutzen lässt. Die finanzielle Grundlage dafür ist aber noch nicht gegeben; ein Teil der Kosten wird voraussichtlich von der Industrie übernommen.
Eine Motivation für die Mondforschung ist die Tatsache, dass der Mond in seiner Frühzeit bis vor etwa 3 Milliarden geologisch aktiv war. Die Erde hingegen ist geologisch bis heute sehr aktiv und deshalb reichen die ältesten geologischen Archive bis etwas mehr als 3 Milliarden Jahre zurück - die älteste Erdgeschichte ist wegen der geologischen Aktivität auf unserem Planeten sehr schlecht erhalten. Der Mond als geologisches Fossil kann damit das irdische Archiv wunderbar ergänzen.
Die Geschichte des Mondes ist ein Puzzleteil, wenn es um die Beantwortung der Frage der Entstehung des Sonnensystems und der Erde mit ihren Bewohnern geht.
bei astro!nfo:
externe Links:
geplante Mondmissionen:
vergangene Mondmissionen:
Literaturangaben:
[1] Paul D. Spudis: The Moon, in The New Solar System, 4th ed., Cambridge University Press 1999.
[2] Antonìn Rückl: Atlas de la Lune, Librairie Gründ, Paris 1993.
[3] Alex N. Halliday: Terrestrial accretion rates and the origin of the Moon, Earth and Planetary Science Letters 176 (2000) 17-30.
[4] Lunar Prospector Scientific Results, Science vol. 281, 4 September 1998, http://www.sciencemag.org/
[5] New Views of the Moon: Improved Understanding Through Data Integration, Eos, Trans. AGU, 81, 349-355, 2000.
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