Der Mond. Entstehung, Aufbau und Bewegung

Der Mond

Inhalt

Allgemein

Was ist der Mond

Entstehung des Mondes

Entstehung der Mondphasen Oberflächengestalt

Die Bewegung des Mondes Innerer Aufbau

Einfluß des Mondes auf die Erde

Allgemein

Entfernung von der Erde :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Was ist der Mond ?

Der Mond (lateinisch: Luna; griechisch: Selene) ist ein Himmelskörper der die Erde als Trabant (Satellit) ständig umkreist.

Von alters her spielt das auffälligste Nachtgestirn eine bedeutende Rolle in den Sagen und Mythen der unterschiedlichsten Kulturkreisen. Insbe- sondere die ständig wechselnden Lichtgestalten des Erdtrabanten, die Mondphasen, waren Anlaß manch abergläubischer Vorstellungen. Aber auch einen bedeutend praktischen Nutzen bot der Mond infolge der regelmäßig wiederkehrenden Phasen. So war vor Einführung des Kalen-ders der „Mondmonat“ ein vielerorts gebräuchliches Zeitmaß.

Etwa seit der Zeit Galileis werden die dunklen Gebiete als „Meere“ (lat. mare, pl. maria) bezeichnet. Ob die dunklen Flächen allerdings von echten Meeren, d.h. Ozeanen aus Wasser, hervorgerufen werden, war damals noch völlig unbekannt. Die wahre Natur der dunklen und hellen Landschaften auf dem Mond, nämlich weite und relativ ebene Flächen bzw. Bergländer, wurde erst später erkannt. Mit zunehmender Verbesserung der Fernrohre ließen auch die ersten Mondkartographien nicht mehr lange auf sich warten. So gehen viele der heute noch verwendeten Namen für Landschaftsformationen des Mondes auf die Mondkarte des JesuitenpatersRICCIOLIaus dem Jahre 1651 zurück.

Entstehung des Mondes

Über die Entstehung des Mondes existieren im wesentlichen drei Theorien. Nach der Abspaltungstheorie hat der Mond sich von der Erde aufgrund des gemeinsamen Mutterkörpers gelöst. Die Einfangtheorie geht davon aus, daß der Mond ursprünglich ein unabhängiger Planet war, der von der Erde eingefangen wurde. Die dritte Theorie die Doppelplanet- theorie nimmt eine gemeinsame Entstehung von Mond und Erde an.

Auswertungen des von Astronauten mitgebrachten Mondgesteins haben ergeben, daß der Mond vor etwa 4,5 - 5 Milliarden Jahren zusammen mit der Erde am gleichen Ort entstanden sein muß (also die Doppelplanettheorie), denn Mondund Erdkruste haben eine ähnliche chemische Zusammensetzung. Daher ist ein enger genetischer Zusammenhang sehr wahrscheinlich.

Folgende Theorie zur Entstehung des Mondes wird derzeit favorisiert. In der Endphase der Erdenstehung könnte es beim einsammeln von Planetesimalen zur Kollision mit einem Körper von etwa Marsgröße (10% der Erdmasse) gekommen sein. Als Folge dieses Zusammenstoßes wurde ein Teil der Energie beim Auftreffen in Wärme umgewandelt, so daß der größte Teil des Erdmantels verdampfte. Dieser verflüchtigte sich aber nicht vollstänig, sondern ein bestimmter Teil kondensierte nach der Erhaltung zu einem Staubring der die Erde umschloß

Aus diesem Staubring könnte sich dann, durch das Einfangen weiterer kleiner Körper, der Mond entwickelt haben.

Entstehung der Mondphasen

Die Mondphasen entstehen durch die Änderung des Phasenwinkels. Der Phasenwinkel gibt die Distanz von Sonne und Mond in Winkelgraden am irdischen Firmament an.

Bei Neumond stehen Sonne und Mond beieinander, der Phasenwinkel ist 0°, der Mond kehrt der Erde die unbeleuchtete Seite zu - man sieht ihn nicht. Hat der Mond ein viertel seiner Bahn zurückgelegt, so bilden Sonne - Erde - Mond einen rechten Winkel, man sieht den zunehmenden Halb- mond am Abendhimmel (Phasenwinkel - 90°). Nachdem der Mond die Hälfte seiner Bahn zurückgelegt hat steht er der Sonne direkt gegenüber (Phasenwinkel - 180°) und man sieht die vollbeleuchtete Scheibe. Der Vollmond ist die ganze Nacht sichtbar. Nach dreiviertel seiner Bahn steht er im letzten Viertel, der Phasenwinkel beträgt 270°, man sieht den abnehmenden Halbmond am Morgenhimmel. Nach Beendigung des letzten Bahnviertels steht er wieder in Neumondposition (Phasenwinkel - 360° = 0°).

Oberflächengestalt

Da der Mond keine Atmosphäre besitzt, ist seine Oberfläche mecha- nischen und thermischen Einflüssen schutzlos ausgesetzt (Die Bodentemperatur schwankt bei Tag- und Nachtseite zwischen +120°C und -130°C). Allerdings blieben dadurch die ursprünglichen Strukturen der Mondoberfläche bis heute weitgehend unverändert erhalten.

Auffälligste Erscheinungen auf der Oberfläche sind die zahlreichen Ein- schlagskrater. Die größten weisen Durchmesser von mehr als 300km auf. Auf der erdzugewandten Halbkugel finden sich etwa 300 000 Krater mit Durchmessern von mehr als 1km. Der Boden der großen Krater (auch als Wallebene oder Ringgebirge bezeichnet) liegen in der Regel etwas tiefer als das umgebene Gebirge, die Wallhöhen erreichen einige 1000m. Viele Großkrater besitzen einen Zentralberg Nach heutiger Ansicht sind an der Entstehung der Mondkrater sowohl vulkanische Erscheinungen als auch Meteoreinschläge beteiligt gewesen.Obwohl auch bei einigen kleinen Kratern aufgrund ihrer Form und innerer Struktur vulkanische Entstehung naheliegt, dürfte die Mehrzahl der kleineren Krater meteoritischen Ur- sprungs sein. Die Entstehungsgeschichte der größeren Krater ist recht kompliziert und in vielen Einzelheiten oft noch ungeklärt. So könnte der große Krater Kopenikus mit seinen Zentralbergen und seiner terrassenförmigen Wallstrucktur durch vulkanische Vorgänge entstanden sein , die jedoch zuvor durch einen Einschlagkörper ausgelöst worden sind. Neben den von Kratern übersäten Hochländern fallen die dunklen weitgehend kraterlosen Tiefebenen (Maria) auf. Es gibt kreisförmige Maria (Mare Imbrium) und Maria mit unregelmäßiger Form. Beide Typen haben wahrscheinlich unterschiedliche Entstehungsgeschichten.

Es gibt Anzeichen dafür, daß vor etwa 4 Milliarden Jahren durch Einschläge größerer meteoritischer Körper die kreisförmigen Maria zunächst als Beckenlandschaften entstanden sind. In der Folgezeit nach den großen Einschlägen, und vermutlich durch diese indirekt ausgelöst, gab es auf dem Mond eine Phase vulkanischer Aktivitäten mit mehrfachen Lavaergüssen in den Bereichen der durch die Einschläge gestörte Mondkruste. Dadurch flossen die Beckenlandschaften nach und nach mit Lava zu und die kreisförmigen Maria entstanden. Fotografien von Mondsonden zeigen in den Becken der einzelnen Maria deutlich Spuren von überfluteten Kratern, Hügelketten und anderen Formationen. Die unregelmäßig geformten Maria waren ursprünglich wohl tiefer gelegene Gebiete die von den runden Maria her überflutet worden sind. Rillen und Spalten sind in großer Zahl im Mondboden sichtbar. Oft verlaufen sie geradlinig, bilden größere zusammenhängende Systeme und durchschneiden nicht selten dabei mehrere Krater. Manchmal sind sie auch mäanderförmig. Die Breite solcher Spalten kann einige Kilometer betragen. Die Tiefe dagegen ist selten größer als 100m.

Die Mondoberfläche selbst ist von einer 15m dicken Schuttschicht bedeckt die als Regolith bezeichnet wird. Sie ist durch Einschläge, durch den Einfluß des Sonnenwindes und durch kosmische Strahlung entstanden. Die Trümmer der Schuttschicht haben Durchmesser von einigen Metern bis herab zu 10 ³mm. Die Hauptmenge besteht aus Körnern unter 2mm Größe. In den Hochländern besteht die Oberfläche vorallem aus Brekzien (Gesteins-, Mineral- und Glasbruchstücke, die miteinander - vor allem durch Temperatureinwirkung - miteinander verschweißt worden sind). Es handelt sich dabei um Gesteine, die zu über 90% aus dem Feldspatmineral Anorthit besteht. Aus diesen Gesteinen bildete sich die erste Kruste des Mondes unmittelbar nach seiner Entstehung vor ca. 4,6 Milliarden Jahren.

Die Bewegung des Mondes

Die scheinbare Bewegung:

Bei der Beobachtung des Mondes kann man feststellen, daß er sich im Laufe des Abends in bezug auf den Horizont von Osten nach Westen bewegt. Das ist eine scheinbare Bewegung, verursacht durch die Rotation der Erde von Westen nach Osten.

Die wahre Bewegung:

Der Mond umläuft die Erde in einer elliptischen Bahn, die durch die

Gravitationswirkung der Sonne und der Planeten stark gestört wird. Die Ebene dieser Bahn ist um 5,15° gegen die Ebene der Erdbahn geneigt. Wenn sich die Mondbahn mit der Erdbahn schneidet entsteht ein soge- nannter Knoten. Davon gibt es zwei: der aufsteigende und der absteigende Knoten. Die Verbindungslinie beider Knoten (Knotenlinie) ist nicht raumfest, sondern vollführt eine Drehbewegung entgegen der Mondbahnbewegung. Ein Umlauf der Knotenlinie dauert 18,61 tropische Jahre. Die Bahn des Mondes relativ zur Sonne ist konkav, sie kann deshalb in erster Näherung auch als Ellipse betrachtet werden, in deren Brennpunkt die Sonne steht.

Für einen Beobachter auf der Erde führt der Mond zwei Bewegungen aus:

1. täglich scheinbare Bewegung (Ost - Süd - West) infolge der Erdrotation

2. tägliche Bewegung um 13° (West - Süd - Ost) infolge des Mondumlaufes um die Erde

Wegen der Überlagerung beider Bewegungen verspätet sich der Aufgang des Mondes täglich um ca. 50 min.

Die Rotationsdauer des Mondes ist gleich seiner mittleren siderischen Umlaufzeit („gebundene Rotation“), daher wendet der Mond der Erde stets die gleiche Seite zu. Jedoch können von der Erde aus zeitweilig auch Bereiche (insgesamt 9%) der

erdabgewandten Halbkugel gesehen werden, da die Mondbahn nicht exakt

kreisförmig ist und die Rotationsachse des Mondes nicht genau senkrecht auf seiner Bahnebene steht. Diese Effekte bewirken ein scheinbares Pendeln der Mondkugel relativ zum Beobachter.

Innerer Aufbau

Der innere Aufbau des Mondes ist dem der Erde sehr ähnlich. Seine Kruste besteht wahrscheinlich aus einzelnen Blöcken, eine Plattentektonik wie auf der Erde wurde allerdings nicht festgestellt.

Bis zu einer Tiefe von ca. 60km reicht die Kruste des Mondes. Sie besteht aus gabbroiden-, kalzium- und aluminiumreichen Gestein. Aus diesem Gestein sind auch die Bergländer des Mondes aufgebaut. Von etwa 60km bis 1000km Tiefe erstreckt sich der Mantel aus pyroxenreichen Material und hoher Dichte. Man hat herausgefunden das der Entstehungsort von Mondbeben in der Tiefe von 800km bis 1000km ist. Vermutlich ist dort der Übergangsbereich von festen zu flüssigen Material. Bei etwa 1000km beginnt der relativ kleine Kern des Mondes. Die Kenntnisse über ihn sind noch sehr unsicher. Aufgrund der geringen Dichte des Mondes von nur 3,34 g/cm³ kann ein großer metallischer Kern ausgeschlossen werden. Neuere Untersuchungen zum lokalen Magnetismus bestimmter Mondbereiche deuten jedoch auf ein ehemals deutlich ausgeprägtes allgemeines magnetisches Dipolfeld hin. Daraus schließt man, daß der Mond vermutlich einen kleinen metallischen Kern von ein paar Kilometern Durchmesser besitzt, der für die Erzeugung dieses Magnetfeldes verantwortlich war.

Einfluß des Mondes auf die Erde

Der stärkste Einfluß, den der Mond auf die Erde ausübt, besteht in periodischen Bewegungen der Hydrosphäre, die als Gezeiten bezeichnet werden. Auch die Sonne ist am Zustandekommen der Gezeiten beteiligt, jedoch viel schwächer als der, der Erde viel nähere Mond. Erde und Mond umlaufen einen im Erdinneren befindlichen gemeinsamen Schwerpunkt. Dadurch wird eine Fliehkraft erzeugt, welche die Anziehungkraft überlagert. Sie ist auf der mondzugewandten Seite größer als auf der mondabgewandten. Dadurch entstehen zwei Flutberge, unter denen sich die täglich rotierende Erde bewegt. Der Höhenunterschied zwischen den dabei entstehenden Flut und Ebbe ist stark von der Küstenform abhängig, er kann 20m übersteigen. Im Mittel hat ein Küstenort alle 12h und 25min Flut. Bei Voll- und Neumondposition addieren sich die Gezei- tenbeschleunigung von Sonne und Mond, es kommt zu Springfluten. In den Halbmondstellungen heben sich die Gezeitenwirkungen beider teilweise auf, eine Nippflut ist die Folge. Die Flutberge wirken wie Bremsen auf die rotierende Erde. Die Gezeiten- reibung verlangsamt tatsächlich die Umdrehungsgeschwindigkeit der Erde. Die Tageslänge nimmt alle 100 Jahre um 0,002s zu. Wie paläonto-logische Untersuchungen ergaben, betrug die Tageslänge vor 400 Mio. Jahren nur rund 22 Stunden, ein Jahr hatte damals somit 400 Tage. Bei der Abbremsung der Erdrotation wird der Drehimpuls auf den Mond übertragen, was zu Entfehrnungszunahme führt. Pro Jahr vergrößert sich der mittlere Abstand um 4,6cm. Mond und Sonne haben auch einen Gezeiteneifluß auf die Lufthülle und den festen Erdboden. Die Wirkung auf die Atmosphäre ist jedoch sehr gering und führt nur zu einer Luft- druckschwankung von 0,1 Hektopascal. Damit wird so gut wie gar kein Einfluß auf das Wetter ausgeübt. Die Kontinente, die auf dem Magma des plastisch verformbaren Erdinneren schwimmen, werden durch die Gezeiten angehoben und gesenkt. Der durch den Mond hervorgerufene Tiden-schub beträgt dabei etwa 30cm, der Sonnenanteil ca. 15cm. Die Addition bei Neu- und Vollmond ergibt somit, daß sich der Boden unter uns täglich zweimal um 45 - 50cm hebt. Davon merken wir allerdings nichts, da die gesamte Umgebung angehoben wird und sich uns kein Bezugspunkt bietet.