Der Erdmond Luna

Willkommen über meinen Aufsatz über Luna und die Gezeiten. Das ist er, vorher habe ich bereits einzelne Unterpunkte veröffentlicht. Jetzt kann es wieder weiter gehen.

Luna, der Erdmond

Der Mond, lateinisch luna, ist der einzige Mond der Erde. Ein Mond in dem Sinne ist ein Trabant, Satellit oder Mond eben um einen Planeten. Man spricht auch vom Erdmond deswegen um Verwechslungen zu vermeiden.

Wie die Sonne den Mond und die Erde anstrahlt.

Der Mond hat einen Radius von 1’737,1 km und umkreist die Erde in einem mittleren Abstand von 384’403,8 km. Er braucht nach den Angaben und meiner Rechnung folglich 27 Tage 10 Stunden 50 Minuten und 52 Sekunden für eine Umrundung. In Wikipedia steht allerdings: 27 Tage 7 Stunden 43 Minuten und fast 15 Sekunden. Wobei beides die siderische Umlaufzeit darstellt.

Der Mond ist ein leblos wirkender Felsbrocken. Keine Atmosphäre, heftige Temperaturschwankungen und der Mond sieht grau aus – in allen Hell/Dunkelkombinationen. Näher durch das Teleskop betrachtet fallen einem sofort die Myriaden von Kratern auf, teilweise gibt es große Krater, welche sogar Strahlen aufweisen, die vom Krater wegführen.

Der Vollmond hat eine scheinbare Größe von etwa 32” und strahlt auf der Erde mit 0,2 lux.

Der Mond in Zahlen:

BezugskörperErde
Große Halbachse/Umlaufradiusa = 384’403,8 km
Perigäum – ApogäumA = 363’300 – B = 405’500 km
Exzentrizitäte = 0,0549
Inklination/Bahnneigung (zur
Ekliptik)
i = 5,145°
siderische UmlaufzeitU = 27,4519983960416666666… d
U = 27d10h50min52,661418sec
Mittlere Orbitalgeschwindigkeitv = 1’018,3 m/s
Albedo0,12
vis. Helligkeit (Vollmond)-12,5 mag
Mittlerer Radiusr = 1’737,1 km
MasseM = 7,349*10²² kg
Mittlere Dichteρ = 3,341 g/cm³
Siderische Rotationsperiode= U (siehe sid. Umlaufzeit)
Neigung d. Rotationsachse6,68°
Fallbeschleunigung an der
Oberfläche
1,6255 m/s²
Altermin. 4,527 Mrd. Jahre
Zusammensetzung der AtmosphäreDruck: 3*10-10 Pa (Pro m² lasten imMittel also etwa 30,6 Mikrogramm)

Helium: 25 %
Neon: 25 %
Wasserstoff: 23 %
Argon: 20 %
Spurengase: Methan, Ammoniak,
Kohlenstoffdioxid…
TemperaturMax.: ca. 403 K
Mittel: ca. 218 K
Min.: ca. 113 K
Erste Mondlandung
Erste bemannte Mondlandung
31.01.1966; durch die Sowjetunion; Luna 9
20.07.1969; durch die USA;
Apollo 11

Die Mondphasen

Die Mondphasen, nicht 100%ig korrekt nehmen!

Auch auffallend ist, dass er in Monatszyklen Phasen hat. Monat ist als Wort dem Mond verwandt und bedeutet aus dem althochdeutschen soviel wie Mondwechsel. Jeden Monat gibt es Vollmond und Neumond. Dazwischen sieht der Mond aus wie eine Sichel. Durch das kugelhafte Aussehen und die ständige Bewegung um die Erde wird der Mond von der so Sonne angestrahlt, dass wir diese Mondphasen erleben können. Da er in fast einem Monat um sich selbst dreht (rotiert), sieht man alle 29 Tage einen Vollmond. (Diese deutliche Differenz kommt von der Bewegung des Erde-Mond-Systems um die Sonne, dadurch ist auch bei uns ein Tag mit 24 Stunden ein Tag zur Sonne ausgerichtet, aber z.B. vom Aufgang des Frühlingspunkts bis zum nächsten Aufgang sind es 4 Minuten etwa kürzer.)

Es ist so, dass der Mond immer von der Sonne angestrahlt wird und je nachdem wie der Winkel zwischen Erde und Sonne auf dem Mond ist, sehen wir dann die entsprechende Mondphase. Ganz genau dauert es 29,53 Tage von Neumond bis zum nächsten Neumond (Synodischer Monat).

Umlaufbahn

Seine Umlaufbahn

Die Bahn des Mondes, auch Mondbahn, ist annähernd kreisförmig. Sie ist leicht gewunden und hat eine Exzentrizität von e = 0,0549. Er bewegt sich in einer Entfernung von a = 384’403,8 km. Mit Lichtgeschwindigkeit sind das 384’403,8 km / 299’792,458 km/s = 1,28223… s. Das heißt, dass Licht von der Erde zum Mond benötigt fast 1,3 Sekunden. Wobei Licht ausgesprochen schnell ist. Zum Vergleich: Geostationäre Satelliten bewegen sich auf einer Höhe von etwa 35’788 km. Sie bewegen sich in 24h um die Erde. Dabei sind sie für einen Beobachter auf der Erde still stehend.

Scheinbare Umlaufbahn, aber je nachdem wo der Mond steht, also je nachdem wie der Winkel beim Mond von Erde und Sonne ist, so sieht man dann auch einen Voll-/Neumond oder Sicheln.

In welcher Mondphase der Mond wann aufgeht

Auch heißt das, dass der Vollmond gegenüber der Sonne steht. Wenn die Sonne untergeht, geht der Vollmond auf. Eine Woche später, bei abnehmenden Halbmond, steht der Mond also dann am höchsten Punkt, hoch im Süden, während gerade die Sonne aufgeht. Der Mond bewegt sich von Westen nach Osten. Merke:

  • Neumond: Der Mond steht in der Nähe der Sonne und lässt sich in diesen Tagen nicht/schlecht beobachten.
  • Zunehmender Mond: Der Mond geht langsam später als die Sonne auf und ist je nach genauer Phase am frühen Abend/erste Nachthälfte sichtbar.
  • Vollmond: Der Mond steht der Sonne gegenüber und ist die komplette Nacht sichtbar, nicht am Tag sichtbar
  • Abnehmender Mond: Der Mond geht nun früher als die Sonne auf und ist dementsprechend in der zweiten Nachthälfte/morgens/vormittags sichtbar.

tidal-locked

Der Mond bewegt sich innerhalb von etwa 27 ⅓ Tagen um die Erde. In der Frühzeit des Erde und Mondsystems, als der Mond noch heißer und vermutlich flüssig und der Erde näher war, bremsten die Gezeitenkräfte den Mond ab, das ist ein fortlaufendes Ereignis und die Erde bremst den Mond immer noch ab.
Aktuell ist es so, dass die Rotation des Mondes mit der Umlaufszeit übereinstimmt. Das ergibt eine Spin/Orbitresonanz von 1:1. Daher kommt es, dass wir immer dieselbe Seite des Mondes sehen, da er sich ja in derselben Zeit genau einmal dreht.

Warum heißt das “tidal-locked”? Weil durch die Gezeiten und dazu kommen wir nochmal, die Energie der Rotation der Erde hauptsächlich auf die Umlaufbahn des Mondes übertragen wird. Dadurch verliert die Erde an Drehimpuls und das mit 23µs/y (d.h. rotiert langsamer) und die Umlaufbahn des Mondes vergrößert sich mit etwa 3,8cm/y.

Libration

Der Mond bewegt sich durch die geringe Exzentrizität von e = 0,0549 mal schneller und langsamer, dadurch entsteht ein Pendeln, denn man sieht somit etwas mehr der beiden Seiten dorthin wo der Mond sich gerade hin pendelt. Wegen der Libration und der Parallaxe (das ist hier die Beobachtung des Mondes von verschiedenen Punkten auf der Erde) sieht man somit 59% der Mondoberfläche (aber durch die Libration eben nicht gleichzeitig).

Eine zusammengesetzte Animation: https://de.wikipedia.org/wiki/Mond#/media/Datei:Lunar_libration_with_phase2.gif

Eklipsen

Was ist eine Eklipse? Eine Eklipse ist eine Finsternis. Was hat das mit dem Mond zu tun? Der Mond erzeugt für uns Erdenbewohner beide Eklipsen, wobei es bei beiden verschiedene Arten gibt. Bei beiden unterscheidet man grob in partiell und total. Partiell bedeutet nicht vollständig, aber total bedeutet das.

Mondfinsternis

Eine Mondfinsternis entsteht, wenn der Mond von der Sonne aus hinter der Erde steht. Deshalb kann sie auch nur bei Vollmond auftreten. Man kann sie also auf der Nachtseite sehen und dauert im Maximum 3 Stunden und 40 Minuten.

Es gibt folgende Arten:

  • Die totale Mondfinsternis ist, wenn der Mond während einer Mondfinsternis komplett in den Erdschatten. Die Totalität hält maximal 106 Minuten an. Die Geometrie dahinter: Weil die Erde als voluminöses Objekt einen Schatten wirft, die im Schatten die Sonne verdunkelt, der kegelförmig ist und 1,4 Millionen Kilometer in den Raum ragt, entsteht eine Mondfinsternis.
    Jetzt ist es aber so, dass die Erde eine Atmosphäre besitzt. Diese streut das Licht enorm, schon ab ¼ Million Kilometer hört so der Schatten auf. Der Mond hat also diese rötliche Farbe durch das gestreute Licht aus der Atmosphäre. Die Erdatmosphäre streut eben rotanteiliges Licht stärker als blauanteiliges Licht.
  • Die partielle Mondfinsternis ist, wenn der Mond nicht komplett in die (Umbra), in den Erdschatten einfährt. So bleibt ein gewisser Teil während der kompletten Mondfinsternis auch außerhalb des Erdschattens.
  • Die Halbschattenfinternis ist, wenn der Mond gerade mal in den Halbschatten (Penumbra) eintaucht und kurz darauf wieder verschwindet. Bei einer solchen Finsternis streift der Mond bloß den Erdschatten. Tatsächlich ist diese Mondfinsternis sehr unscheinbar und unspektakulär, eine Ecke des Mondes wird lediglich grauer.
Eine Partielle Mondfinsternis; links ist der Mond nicht ganz im Erdschatten, oder im Halbschattenbereich.

Logischerweise ist während einer Mondfinsternis auf dem Mond eine totale Sonnenfinsternis, allerdings verdeckt die Erde mehr als nur komplett die Sonne.

Die Zeichnung ist wieder meine. Ich habe mich ein wenig in 3D versucht. Aber das Bild wirkt finde ich erklärend.

Wenn kurz vor einer Mondfinsternis z.B. ein globaler Vulkanausbruch stattfindet sehen die Mondfinsternisse sehr dunkel aus. Nach einigen Monaten oder Jahren, wenn dann die Atmosphäre wieder rein ist, sieht man wieder den charakteristischen Kupferrot-Ton.

Auch ist der Mond tatsächlich während einer Mondfinsternis rot/dunkelrot, da der Mond durch das Licht der Atmosphäre in dem Fall angestrahlt wird.

Eine totale Sonnenfinsternis, teilweise schimmert die Sonne durch Mondtäler und Unebenheiten durch. Außen rum: Die Mondkorona

Der Erdschatten hat auf der Höhe der Mondumlaufbahn etwa eine Breite von 2,63 Monddurchmesser (Kernschatten) und 4,65 Monddurchmesser der komplette Erdschatten.

Sonnenfinsternis

Bei einer Sonnenfinsternis kommt der Mond genau zwischen die Sonne und die Erde. Eine Sonnenfinsternis kann dementsprechend nur bei Neumond sein. Die Sonnenfinsternis kann leider nur aus einem schmalen Streifen, der um die Erde führt tagsüber beobachtet werden. Deshalb kann man am Tag der Sonnenfinsternis auch nichts sehen, während man einige Tausend Kilometer weiter die Sonnenfinsternis zu sehen ist.

So gibt es wieder drei verschiedene Arten:

  • Bei einer totalen Sonnenfinsternis trifft der Schatten vom Mond direkt auf die Erde und im Verlauf einer Sonnenfinsternis bildet sich so ein Streifen von wo aus man überall in dieser Totalitätszone drin ist. Dieser Streifen ist meistens nur um die 100 km breit. Allerdings gibt es eine riesige Fläche in der man die Sonnenfinsternis partiell sieht.
  • Bei einer partiellen Finsternis liegt der Mondschatten nicht auf der Erde und somit kann man sie nur partiell sehen.
  • Bei einer ringförmigen Finsternis ist der Mond zu weit entfernt, als das der Kernschatten des Mondes auf die Erde trifft. stattdessen gibt der Mond auf der Höhe der Erde dann eine Antumbra wieder.

Jetzt kommt wieder meine Zeichnung: Das obere zeigt eine totale, das untere eine ringförmige Finsternis.

Tabellen und Häufigkeit

Letztes Jahrhundert fanden 228 (Durchschnitt: 238) Sonnenfinsternisse und 228 Mondfinsternisse statt. Tatsächlich ist es so, dass die allgemeine Wahrscheinlichkeit zu einer Sonnenfinsternis höher ist, als eine Mondfinsternis.

Die Wahrscheinlichkeit 5 Sonnenfinsternisse oder Mondfinsternisse in einem Jahr zu haben gibt es in diesem Jahrhundert allerdings nicht.

Dieses Jahrhundert gibt es folgende Arten von Sonnenfinsternisse:

ArtAnzahldavon zentraldavon nicht zentral
Total68671
Ringförmig72702
Hybrid77
Partiell7777
Summe22414480
Eine Hybride Finsternis (leider nur schwach) zeichnerisch erklärt.

Hybrid: Wenn der Mond gerade die perfekte Entfernung zwischen ringf. und total hat. Wegen der Kugelform der Erde sind manche Stellen also weniger weit weg als andere und diese nahen Stellen sind dann total und die fernen ringförmig.
nicht zentral: Wenn der Mondschatten die Erde knapp verfehlt, sodass die Sonnenfinsternis nur noch sehr gering total oder dauerhaft partiell ist.

Die längste totale Sonnenfinsternis dieses Jahrhundert war am 22.07.2009 und die Totalität ging maximal 6 Minuten und 39 Sekunden. Die längste ringf. war am 15.01.2010 und dauerte 11 Minuten und 8 Sekunden. Die längste Totalitätsphase einer Hybriden Sonnenfinsternis war am 03.11.2013 und ging 1 Minute und 40 Sekunden maximal.

Die verschiedenen Arten der Mondfinsternisse im 21. Jahrhundert:

ArtAnzahlAnteil
Halbschatten8637,7%
Partiell57 (3)25%
Total8537,3%
Summe228100%

Die drei in Klammern verrät uns, dass es dieses Jhr. 3 Mondfinsternisse gibt, die sowohl im Kernschatten, Halbschatten und nicht im Schatten sind.

Diese zwei Tabellen sagen uns, wann wir bei uns wieder eine Eklipse haben.

Dadurch, dass eine Mondfinsternis viel großflächiger ist, erzielt es den psychologischen Effekt, das man meine, als ob Mondfinsternisse häufiger wären.

Die Zukunft der Eklipsen

Glücklicherweise existiert die Menschheit gerade zu dieser Epoche der Erdgeschichte, denn wie wir erfahren oder noch erfahren werden, entfernt sich der Mond allmählich von der Erde. Ist der Mond in einigen Millionen Jahren zu weit weg, werden solche Eklipsen unmöglich, weil der Erdschatten auf der Höhe der zukünftigen Mondbahn womöglich zu klein ist um etwas zu sehen zu können, oder bei einer Sonnenfinsternis bleibt durch die größere Entfernung zur Erde nur noch eine ringförmige Sonnenfinsternis übrig.

“Klima” (=Oberflächentemperatur)

Es gibt auf dem Mond keine Atmosphäre oder sonstiges, was die Temperaturen verteilen könnte. Auch die nur geringe Rotationsgeschwindigkeit lässt die extreme Temperaturunterschiede nicht aufhalten. So kann es im Maximum, wenn die Sonne im Zenit (höchster Punkt am Himmel) steht steigt die Temperatur auf bis zu ca. 405 K und in der Nacht ohne die Sonne kommt die Umgebungstemperatur schnell auf nur etwa 110 K.

Positive Temperaturanomalien finden sich mancherorts. In manchen Kratern z.B. Tycho sinkt die Temperatur nach Sonnenuntergang nicht ganz so schnell. Eventuell können sie während des Tages durch mehr Staub in der Höhe oder eine dünne Staubschicht besser heben. Ferner kann auch stärkere Radioaktivität ein Grund dafür sein.

Magnetfelder des Mondes?

Früher gab es auf dem Mond vermutlich ein dauerhaftes Magnetfeld und damit auch höchstwahrscheinlich einen flüssigen Kern zumindest zu der Zeit. Woher weiß man das? Von einer Analyse des Mondbrocken Troctolite 76535, mitgebracht von der Apollo 17. Jetzt hat der Mond jedoch keins mehr.

Auch hatte der Mond früher vermutlich mehr Wasser und eine dichtere Atmosphäre. Sie wurden jedoch fortgeblasen vom Sonnenwind. (=Ein Teilchenstrom von der Sonne mit schneller Geschwindigkeit, enthalten sind Alpha-Teilchen, also Heliumkerne, freie Neutronen, Elektronen und Neutrinos hauptsächlich)

Auf der sonnenzugewandten Seite des Mondes gibt es über der Oberfläche in Zentimeterhöhe eine Schicht von Staubpartikeln. Wie kann das sein, so ganz ohne Atmosphäre? Das Phänomen lebt davon, dass das Sonnenlicht den feinen Staub elektrostatisch auflädt und die Atome des Staubs werden dabei in Ionen und Elektronen gespaltet. Diese beeinflussen den Sonnenwind. Dabei entstehen lokale Magnetfelder.

Magcons

Swirls lassen Magcons entstehen. Was sind Swirls, was sind Magcons?

Der Swirl Reiner Gamma im Oceanus Procellarum.

Swirls sind Verwirbelungen auf der Mondoberfläche. Sie haben aber kein Relief und sind mit den Magcons verknüpft.

Die Swirls gibt es nur auf dem Mond und die erdabgewandte Seite bevorzugen sie. Es gibt trotzdem nur 11 Stück davon. Das Markanteste befindet sich im Mare Ingenii auf der Rückseite, auch im Oceanus Procellarum ist eines von ihnen. Mit der Ausnahme von dem Swirl auf Oceanus Procellarum (Reiner Gamma) befinden sich alle auf der Mondrückseite. Warum? Weil sie alle in der Nähe von großen Einschlagbecken sein können, diese sind am meisten auf der Mondrückseite vertreten. Vielleicht sind sie also durch Schockwellen der großen Impakte entstanden.

Swirls sehen tatsächlich aus wie Verwirbelungen in Flüssigkeiten und sind auch heller als die Umgebung.

Jetzt haben diese Swirls ein eigenes Magnetfeld, ein Magcon. (=Magnetic Concentration). Aber warum? Darauf konnte ich keine Antwort finden, aber sie können an den Stellen den Mondboden vor dem Sonnenwind abschirmen und dadurch ein Nachdunkeln des Mondboden verhindern.

Entstehung des Mondes

Die Entstehung des Mondes wird tatsächlich seit Jahrhunderten diskutiert. Seit den 80ern hat sich die Ansicht durchgesetzt, das ein Zusammenstoß niedriger Geschwindigkeit zwischen Theia, ein Protoplanet der Größe des Mars und der Protoerde. So ist ein Teil von Theia in den Erdkern rein gesunken und ein anderer Teil hat Material von der Erde abgeschliffen bei einem “Streifschuss”, dieses Material hatte sich um die Erde gesammelt und hat dort den Mond gebildet.

Erstaunlich ist, dass der Mond im Vergleich zur Erde ziemlich groß ist für einen Mond. Mars, der halb so groß ist wie die Erde hat bloß Asteroidenmonde von wenigen Kilometern Größe. Man spricht hier vom Erde-Mond-System, bloß Pluto hat einen vergleichbar großen Mond, Charon und Pluto und Charon werden oft als ein Doppelplanetensystem genannt (unabhängig davon, dass der Pluto eigentlich kein Planet mehr ist).

Wie ist das Sonnensystem entstanden? Das Sonnensystem entstand vor 4,568 Mrd. Jahren, als der Sonnennebel, ein Nebel aus Gas und Staub sich so sehr verdichtet hat, dass der Nebel kollabierte und die Sonne als Massenansammlung hervorging. Innerhalb von einer Millionen Jahre hat sich auch eine Art Ring von angezogenen Gasen und Staub sich um die Sonne gelegt. Aus wiederum Verdichtungen in diesem ringförmigen Gebilde haben sich die Vorgänger von Planeten gebildet.

Der Mond muss vor etwa 4,527 Mrd. Jahren entstanden sein, als das Sonnensystem sich bereits gebildet hat. Das sagen die Isotopenanalysen von mitgeführten Gestein der Apollo-Missionen.

Theorien zur Entstehung des Mondes

Die ersten wirklichen Überlegungen stammen vermutlich von René Descartes (Ein Philosoph und Mathematiker der Aufklärung). Sie enthielten Ideen zur sog. Einfangtheorie. Publiziert wurden die Gedanken natürlich erst nach seinem Tod und zwar im Jahr 1664.

In der Moderne wurden ebenso Theorien entwickelt und diese stelle ich nun knapp vor.

  • Die Abspaltungstheorie meint, dass sich die Erde zu Anfangszeiten sehr schnell sich gedreht hatte, sodass sich ein Teil davon abgelöst hat und den Mond bildete. Sie wurde von dem Sohn von Charles Darwin, George Howard Darwin entwickelt. 1882 meinte der Geologe Osmond Fisher, dass das Loch von dem sich der Mond gelöst hat, der Pazifik ist.
    Eine solche Herauslösung würde gut auf die Größe des Mondes passen, auch seine geringere mittl. Dichte kann man damit erklären, der Mond würde demnach aus dem Erdmantel rausgeschleudert worden sein und der Erdmantel hat eine ähnliche mittl. Dichte. Wegen der Gezeitenreibung hat sich die Erde früher schneller gedreht, jedoch wären für diesen Gesamtdrehimpuls, der heute noch da ist, bloß auf dem Mond und die Erde verteilt, eine Rotationsgeschwindigkeit von etwa 2 ½ Stunden erforderlich. Auch die Vorstellung von Osmond Fisher wird durch die Plattentektonik heute widerlegt (Dass die verschiedenen Erdteile, Kontinente und Ozeane, sich bewegen). Auch ist die Neigung der Mondbahn gegen die Erdbahn, wo der Mond rausgeschlagen wäre, viel zu hoch.
  • Die Einfangtheorie, von Thomas J. J. See, 1909, besagt, dass der Mond sich in einem anderen Bereich des Sonnensystems sich in der Frühphase geformt hat. Irgendwann, bei einer engen Begegnung wurde der Mond von der Erde eingesammelt.
    Die Einfangtheorie kann sehr einfach und ohne Komplexität den Drehimpuls sowie die unterschiedliche Dichte erklären. Das Einfangen des Mondes gestaltet sich etwas schwieriger. Er muss in einem perfekten Winkel in die SOI (=Sphere of Influence, der Bereich, in dem die Erde schwerkrafttechnisch dominiert) der Erde eintauchen und eine kurze Zeit unterhalb der Roche-Grenze (=Die Grenze eines Himmelskörper in der andere, leichte Objekte größenabhängig zerrissen werden, weil das Objekt anfängt unterschiedliche Geschwindigkeiten zu besitzen) überstanden haben, was aber der Mond ohne weiteres nicht könnte. Die Theorie kann aber nicht erklären und scheitert, bei dem geringen Bestandteil an “leichtflüchtigen Elementen”, oder Eisen. Und sie scheitert komplett, wenn es darum geht, dass der Mond eine ähnliche (isotopische) Zusammensetzung hat, wie die Erde.
  • Die Schwesterplanet-Theorie besagt, dass die Erde und der Mond aus einer Art Urnebel entstanden sind, welcher sich verdichtet hat. Aus der Hauptmasse der lokalen Verdichtung ging die Erde hervor, aus dem Rest der Mond. Das vermutete bereits Immanuel Kant in seiner “Kosmogonie”, 1755. Es war die erste naturwissenschaftliche Erklärung, bzw. Versuch einer Erklärung dieser Theorie. Weiterentwickelt wurde sie von u.a. Edouard Albert Roche und Carl F. von Weizsäcker.
    Jedoch ist so immer noch unklar, warum der Mond hinsichtlich auf einer geringeren mittl. Dichte, oder aus verschiedenem Material ist. Auch ungeklärt bleibt der Gesamtdrehimpuls von Erde und Mond, der ja so hoch ist, oder die große Bahnneigung des Mondes zur Erdbahn.
  • Ernst Öpik hat 1955 eine neue Theorie vorgeschlagen, die zwischen der Abspaltungs- und Schwesterplanet-Theorie etwa liegt. (Öpik-Theorie)
    Seine Theorie erklärt perfekt die geochemischen Zusammenhänge: Das Ringsystem der jungen Erde erhitzte sich permanent auf 2’400 K und so transportiert der Sonnenwind von der frühen Sonne das ausdampfende, heiße Material vom Ringsystem fort, so blieb ausschließlich schwereres Material übrig. Schließlich hat sich das Ringsystem zusammengeklumpt.
    Das alles geschah, als die schweren Elemente von der Erde sich im Zentrum gelagert haben, sodass von den echt schweren Metallen so gut wie nichts mehr übrig war.
    Ohne einen Zusatz erklärt diese Theorie allerdings auch nicht, warum der Mond eine solche geneigte Bahn besitzt.
  • Während der heißen Phase der Raumfahrt in den frühen 60er kam die Idee auf, dass mehrere Monde den Mond gebildet haben können. (Viele-Monde-Theorie) Bloß findet man nirgendswo im Sonnensystem sonst Anzeichen davon, dass das bei einem anderen Planeten genauso war. Außerdem bräuchten die Monde einige Millionen Jahre mehr als nur etwa 40 Millionen Jahre für die Entstehung des Mondes, wie bei den Isotopen-Analysen des Gesteins herauskam. Somit wurde diese Theorie bereits widerlegt.
  • Nach dem Apollo-Programm (1975) wurde die Kollisionstheorie von William K. Hartmann und Donald R. Davis entwickelt. In der Frühphase des Sonnensystems soll ein etwa marsgroßes Objekt auf die junge Proto-Erde eingeschlagen sein. Das marsgroßes Objekt heißt heute schon Theia, die Mutter von Selene, der Mondgöttin aus dem Griechischem. Die Erde hatte damals bereits 90% der heutigen Masse.
    Die Kollision von Theia mit der Proto-Erde verlief fast streifend und nicht frontal. Dadurch konnte ein Teil des Erdmantels ausgeschlagen werden, welcher dann in einem Erdorbit als eine Art Ringsystem verblieb und sich sehr rasch, binnen 100 Jahren verklumpte und nach 10 Tausend Jahren den endgültigen Mond mit annähernd heutiger Masse gebildet hat.
    Er kreiste in einem Abstand von gerade mal 60 Tausend Kilometer die Erde, was zu extremer Gezeitenkräfte geführt hat, deshalb konnte sich in dieser Zeit bis jetzt der Mondorbit und die Erdrotation sich schnell vergrößern.

Eine Animation dazu: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Big_Splash_Theia.gif#/media/File:Big_Splash_Theia.gif

Die letzte Theorie stimmt mit den beobachteten Daten überein und eine große Mehrzahl von Wissenschaftlern stimmt der Theorie zu. Dennoch ist sehr viel Detailarbeit notwendig. Unklar ist z.B. vor allem, wie genau die herausgeschlagene Materie aus dem Erdmantel in den Orbit kam. Auch ist dieser perfekte Einschlag selbst unter einem großen Zufall nur möglich. Es muss genau die richtigen Masseverhältnisse haben, zur richtigen Zeit es passiert sein, perfekter Winkel usw… . Aber andere Theorien konnten eben bislang keine ausreichenden Erklärungen geben. Dennoch finde ich Kritik: Wenn dieser Einschlag tatsächlich so auch war, müsste man ja eigentlich noch irgendwo fremdes Gestein finden, auf dem Mond, der Erde, wo auch immer, es sei denn Theia ist in der gleichen Ecke entstanden, was wiederum ein weiterer Zufallsfaktor wäre. Warten wir also ab, was zukünftige Experimente und empirische Daten sagen, was Wissenschaftler so finden werden, wenn sie wmgl. im Mondboden oder sonst wo herumbohren.

Geologie des Mondes (Selenologie)

Mondwissenschaften

Die wissenschaftlichen Teildisziplinen die sich mit dem Mond befassen, beginnen mit dem Präfix (=Vorsilbe) “Selene” was das altgr. Wort für den Mond in lateinischen Buchstaben bedeutet.

  • Die Selenologie ist quasi die “Geologie des Mondes”, die geht um die Entstehung des Mondes, die Oberfläche, die Entwicklung desselben usw…
  • Die Selenografie beschäftigt sich mit der Kartografierung des Mondes, Nomenklatur/Benennung der Oberflächenstrukturen.
  • Die Selenodäsie ist beschäftigt mit der Vermessung des Mondes und des Schwerkraftfeld des Mondes.

Innerer Aufbau

Vom Aufbau des Mondes wissen wir noch nicht so viel. Viel Wissen kommt von den Apollo-Missionen, aufgezeichneten Mondbeben und Eingeschlagene Meteoroiden oder natürlich von gezielten Einschlägen z.B. am Ende von Satellitenmissionen. Daher können wir Rückschlüsse über die dadurch entstehenden seismischen Wellen im Mond und damit auch über den Aufbau vom Mond gelangen. Bisher haben wir bloß begrenzte Einblicke in den Aufbau.

Über die Oberfläche wusste man bevor man dorthin geflogen war bereits einiges. Jedoch der Flug dorthin und die Gesteinsproben aus dem Apollo-Programm und dem Luna-Programm, oder etwa durch Kartografie der Mondoberfläche, die detaillierte Kartierungen der Geomorphologie, oder mineralische Zusammensetzung, sowie die Daten über Gravitationsfelder des Mond als Themen der Clementine und Lunar Prospector Missionen und als Kartograf der LRO, der Lunar Reconnaissance Orbiter gewann man weitere wichtige Details über den Mond.

Mondkruste

Seismisch erfasst, grenzt sich das Anorthosit in der Mondkruste auf der Mondvorderseite in einer durchschnittlichen Tiefe von 60 km, bei der Mondrückseite: 150 km, zum Mantel ab. Das bedeutet, dass die Mondrückseite einen größeren Volumenanteil an leichterem Material hat (Anorthosit: 2,9 g/cm³; das ist ein Feldspat), als die Mondvorderseite und so auch der Massenschwerpunkt auch 1,8 km näher an der Erde liegt, als geometrisch der Fall wäre.

Mondmantel

Der Mantel ist aus mafischen/ultramafischen Gesteinen. Mafisch heißt, dass sie magnesiumreich und eisenhaltig sind. Zwischen der Kruste und dem Mantel befindet sich vielleicht auch eine basaltische Zusammensetzung. Bei der Auskristallisierung der Kruste und dem Mantel ist diese Zwischenschicht mit Elementen angereichert worden und es wird auch einen hohen Anteil von KREEP vermutet. (Kalium Rare Earth Elements + Phosphor; “Seltene Erden”) auch können ferner Uran und Thorium vorkommen und diese spezifische chemische Signatur nennt sich “KREEP”. Sie soll gleichmäßig in dieser Zwischenschicht verteilt sein. Den Daten der Lunar-Prospector-Mission zufolge, soll das KREEP vor der “Ausdifferenzierung” von dem Kruste-Mantel-Aufbau vorwiegend in dem Komplex/Gebilde von Oceanus Procellarum und Mare Imbrium sich gehalten haben. 

So kann die neuere vulkanische Aktivität in dieser Gegend verantwortlich gemacht werden (wegen dem radioaktiven Anteil von KREEP).

Im Mantel gibt es verschiedene Höhen. in etwa 270 km bis 500 km Tiefe findet sich die Grenze zu dem unteren Abschnitt des Mondmantels. Im Oberen Mantel wird als “quarzführender Pyroxenit”, der Mittlere Teil als “FeO-angereicherter olivinführender Pyroxenit” und der untere soll eine “Olivin-Orthopyroxen-Klinopyroxen-Granat-Vergesellschaftung” sein. Die Daten sind jedoch interpretierbar.

Mondkern

Der Mondkern ist weitestgehend unbekannt. Seine Eigenschaften und Größe sind unbekannt und lassen die wildesten Spekulationen zu. Analysen der Daten aus den vier Seismometer der Apollo-Missionen lassen Vermutungen zu. Laut Renee C. Weber et. al ist der innere und äußere Kern zu etwa 60% flüssig. Er enthält auch nur etwa 6% Massenanteil an leichtflüchtigen Elementen und ist hauptsächlich aus Eisen. Diese Daten kommen hauptsächlich aus der Dämpfung der Scherwellen. So gibt Indizien, dass der äußere Kern flüssig ist. Daraus kann man etwa die Temperatur des Mondkerns schätzen (1700 K; ± 400K). Er soll außerdem zwischen 250 bis 430 km (Mittelwert: 340 km), oder etwa 15 bis 25% des Mondradius.

Mondbeben

Und genau diese zurückgelassenen vier Seismometer der Apollo-Missionen (übrigens von der Apollo 12, 14, 15 und 16) haben bis 1977 insgesamt etwa 12 Tausend Mondbeben registriert. Die stärksten Beben erreichten dabei 5mag. Die Mehrzahl liegt um Magnitude 2 herum. Die seismischen Wellen konnten einige Stunden wahrgenommen werden, sie wurden also fast nicht aufgehalten.

Sie entstehen durch schwankende Gezeitenkräfte auf dem Mond, bzw. durch das Differential der Stärke dieser Kräfte. Das Zentrum dieser Beben befindet sich in einer Tiefe von etwa 800 bis 1’000 Kilometer, also im Mantel. Es gibt auch oberflächennahe Zentren von Beben.

Viele dieser Beben sind an etwa 100 bestimmten Punkten im Mantel geschehen. Der Grund für diese Anhäufung ist unbekannt. Auch traten diese Beben bevorzugt in der Zeit des Apo-/Perigäumdurchgangs auf (D.h alle 14 Tage).

Regolith

“Orange Soil”

Dadurch, dass der Mond bloß eine äußerst dünne Atmosphäre besitzt, können immer Asteroiden und Meteoroiden auf der Mondoberfläche einprasseln. So wird das Oberflächengestein zertrümmert und nur der Regolith bleibt übrig. Im Englischen heißt es lunar soil (Monderde; siehe Bild). Er bedeckt die komplette Oberfläche mit einer mehreren Meter dicken Schicht. Der Regolith erschwert die Rekonstruktion der Entstehungsgeschichte des Mondes. Der Regolith entspricht entgegen der Umgangssprache „Mondstaub“ eher einer Sandschicht, die nur an der Oberfläche kleine Partikel enthält, je tiefer es in der Regolithschicht geht, desto grobkörniger wird der Regolith. Die untersten Dezimeter enthalten Steine die noch nicht zermahlen wurden.

Der Regolith besteht aus dem Material an der Oberfläche. Zusätzlich findet man Material das von den Einschlägen auf die Mondoberfläche transportiert wurde. Das sind u.a. glasige Erstarrungsprodukte, wie man sie auch in Strahlensysteme findet. Sie erinnern an Chondren. Dann gibt es auch noch Agglutinite, also durch Glas verbackene Regolithkörner. Sie machen mancherorts etwa die Hälfte des Oberflächenmaterials aus und entstehen, wenn Gesteinsspritzer, erzeugt durch Impakte, auf die Regolithschicht treffen und erst danach erstarren.

Es wurden neue Eisen-Silizium-Mineralphasen im Mondmeteorit Dhofar 280 entdeckt, der 2001 im Oman gefunden wurde. Eine der Mineralphasen wurde zum ersten Mal in der Natur nachgewiesen (Fe2Si). Und wurde wegen der Vorhersage von Bruce Hapke nach ihm benannt, so heißt das Mineral Hapkeit.
Es entsteht durch, das hat er auch in den 70ern bereits vorhergesagt, dass durch die sog. Weltraumverwitterung/erosion die Reflexionseigenschaften des Materials der Mondoberfläche sowie die Albedo des Mondes beeinflusst.

Dadurch, dass der Mond also kein Magnetfeld aufweist, können die Teilchen des Sonnenwindes (d.h. Wasserstoff, Helium, Kohlenstoff, Stickstoff und Neon) so gut wie ungehindert auf der Mondoberfläche auftreffen und sich nach und nach vom Regolith einbetten lassen.
Durch die kosmische Strahlung kommt es auch noch, dass bis zu einem Meter Tiefe das Material Kernreaktion nach sich zieht. Das Material verwandelt sich dann typisch durch den Alphazerfall in andere Produkte und doppelpositive Heliumkerne. Und dadurch enthält diese Regolithschicht besonders viel Helium. Was für die Fusionskraftwerk-Industrie interessant ist, denn es gibt einen verschwindend geringen natürlichen Anteil bei Helium von Helium-4-Isotopen.

Durchschnittliche Zusammensetzung des Regoliths:

Elemententspricht OxidAnteil in Gewichtsprozent
MariaTerrae
SiliziumSiO245,445,5
AluminiumAl2O314,924
CalciumCaO11,815,9
EisenFeO14,15,9
MagnesiumMgO9,27,5
TitanTiO23,90,6
NatriumNa2O0,60,6
KaliumK2O< 0,1< 0,1
Total100100

Wassereis auf dem Südpol des Mondes

Wasser auf dem Mond? Der Mond ist tatsächlich furchtbar trocken und ist im Grunde wie eine Wüste. Aber tatsächlich ist bei der vermutlichen Kollision von Theia und der Proto-Erde (Dazu kommen wir noch) nicht das ganze Wasser verdampft, denn 2008 wurde mithilfe eines neuen Verfahrens tatsächlich Spuren von Wasser (bis zu 0,0046%, oder wie Erik Hauri sagt 50 ppm) in den kleinen Glaskügelchen entdeckt.

Bereits 1998 hat erstmals die Mondsonde Lunar-Prospector der NASA Hinweise auf Wassereis in den immer schattigen Kratern der Polarregionen entdeckt. Das leiten sie ab aus dem “Energiespektrum des Neutronenfluss”. In den Kratern ist es immer schattig, weil durch die geringe Neigung in diesen quasi Löchern die Sonne überhaupt nicht hinkommen kann. So ist es dort permanent unterhalb des Schmelz- und Siedebereichs. So könnte es also sein, dass dort, an den Polen, tatsächlich Wassereis in den Kratern liegt.Der etwas später folgende Versuch für einen klaren Nachweis, den Prospector auf einem der Polarkrater stürzen zu lassen und von der Erde aus Wasser in der freisetzenden Wolke zu registrieren (durch Spektralanalysen) schlug fehl.

Im September 2009 analysierten Forscher um C. M. Pieters Reflexionsdaten aus dem 3-µm-Bereich in der Infrarotstrahlung vom Moon Mineralogy Mapper (M³), dass an Bord der Chandrayaan-1-Sonde aus Indien befindlich ist. Sie lieferten Hinweise auf oberflächennahes Wasser und Hydroxyl (H2O und HO) an den vorhin genannten Orten (beschattete Polarkrater). Solche Daten sind nicht neu: Diese Daten wurden auch bei der Instrumentenkalibrierung von der Saturnsonde Cassini bei ihrem Vorbeiflug am Mond festgestellt.

Geologische Merkmale

Gute Mondkarten findet man u.a. hier:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e3/Moon_Map_-_Equatorial_region_45S_to_45N_-_LPC1_-_NASA.jpg
https://quickmap.lroc.asu.edu/

Maria

Mare Imbrium.
(Oben teilweise angedeutet: Mare Frigoris; Rechts unten: Mare Serenitatis; Links unten: Oceanus Procellarum; Links oben: Ründliches Mare: Mare iridum)

Am meisten gibt es die Maria auf der Vorderseite des Mondes. Ihre Anordnung bilden das sogenannte Mondgesicht. Tatsächlich hielt man die dunkleren Stellen auf dem Mond in der jungen Mondforschung von z.B. Giovanni Riccioli tatsächlich als Mondmeere, daher auch der Name. Sie sind vermutlich riesige erstarrte Lavadecken, die sich in Einschlagskrater aus der Entstehungsphase des Sonnensystems gelegt haben. Das Lava, oder davor noch Magma kam durch Risse der schon einigermaßen erstarrten Kruste aus dem damals flüssigen Mondmantel hoch. Tatsächlich ist bis auf den Kratern die Maria flach. Lediglich existieren nur kleinere Wölbungen die sich über Kilometer ausstrecken. (Dorsa)

Die Maria haben nur wenige Krater im Vergleich zum Rest des Mondes. Bloß passt das Alter des dunkleren Basalts, welches nach etwa einer Milliarden Jahre erst entstanden ist (also vor etwa 3 ½ Milliarden Jahren), nicht zu der Menge an Kratern, womit man auf ein geologisches Alter von nur 1,2 Milliarden Jahren kommt.

Irregular Mare Patches

sog. Irregular Mare Patches

Das sind vermutlich lokale Lavadecken in einer Größenordnung von 100 m bis 5 km und zeigen laut der Theorie, dass es auf dem Mond noch vor wenigen Millionen Jahren es deutlich geologisch aktiv war. Die nun festgestellte Häufigkeit der Irregular Mare Patches lässt vermuten, dass die vulkanische und selenologische Aktivität des Mondes nicht wie bisher angenommen vor etwa einer Milliarden Jahre schlagartig aufhörte. Sondern wurde sie wahrscheinlich ab diesem genannten Zeitpunkt immer schwächer.

Terrae

Gegensätzlich zu den Maria sind die Terrae die Kontinente. Und auch ebenfalls wurden sie früher als Kontinente angesehen. Dabei darf man den Begriff nur mit Vorsicht genießen! Denn es wurden bisher noch keine Indizien oder Beweise/Belege für die Plattentektonik auf dem Mond gefunden. So hat der Mond keine echten Kontinente. Sie weisen auch deutlich mehr Krater als die Maria auf und sind mit einer noch dickeren Regolith-Schicht bedeckt. Dabei ist das Regolith der Maria hauptsächlich aus Eisen und Magnesium, ferner auch Silizium oder Titan. Doch das der Terrae ist aus hellem, aluminiumreichen Anorthosit. Anorthosit besteht aus Calcium, Aluminium, Sauerstoff und Silizium und stellt eine Art Feldspat dar. Die ältesten Hochland-Anorthosit-Proben sind auf 4,456 ± 0,04 Milliarden Jahre datiert worden. In diesem Zeitraum begann die Kristallisation des Magmaozeans.

Da gibt es in den Terrae auch Täler (Vallis), sie sind lange (bis zu 100 Kilometer) und breite (einige hundert Meter, bis zur Kilometergröße) Einsenkungen, in denen vermutlich das Lava abfloss. Sie sind meist nach nahegelegenen Kratern benannt.

Und da gibt es noch Gebirge, benannt nach irdischen Gebirgen, welche vermutlich von übriggebliebenen Kraterwällen sind. Oder womöglich durch die Abkühlung des jungen Mondes entstanden sind.

Krater

Krater sind wohl die bekanntesten Merkmale des Mondes, sie sind meistens rundlich und von einigen hundert Kilometer Größe, das Südpol-Aitken-Becken ist z.B. das Größte mit 2’240 km, bis zu winzigen Mikro-Kratern erzeugt von kleinen Trümmern die ständig auf dem Mond einprasseln. So wurden bereits 40 Tausend Krater auf der Mondvorderseite entdeckt, die einen Durchmesser größer als 100 m aufweisen.
Die Kraterdichte auf der Mondrückseite ist höher, denn die Oberfläche der Mondrückseite ist durchschnittlich älter. Weblink: https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Krater_des_Erdmondes 

Damit habe ich schon verraten, wie sie entstanden sind. Sie entstehen durch Meteoriten oder Asteroiden die auf die Oberfläche zu donnern. Benannt werden/wurden die Krater nach großen Gelehrten wie Astronomen und Philosophen.

Es gibt bislang keinen Hinweis auf Krater die durch vulkanische Aktivitäten entstanden sind, bzw. solche sind bisher nicht zweifellos identifiziert worden.

Strahlensysteme

Strahlensysteme entstehen durch große Impakte (=Einschläge), wenn die Ejecta (=Auswurfmaterial) bereits zu Kügelchen aus Glas erstarrt ist und stern/strahlenförmig vom Impakt weg zeigen.
Die Glaskügelchen streuen das einfallende Licht “bevorzugt” in die Einfallsrichtung zurück, wodurch man durch ein Teleskop solche Strahlen von manchen Kratern aus beobachten kann. Ein schönes Strahlensystem weist Tycho auf, oder Kepler.

Rillen

Auf der Mondoberfläche gibt es unauffällige Rillen (Rimae). Sie sehen aus wie Gänge von Käfern oder Insekten die sich durch Holz gefressen haben. Lange Zeit wusste man nicht, woher sie kommen. Es gibt zwei verschiedene Typen:

  • Rillen vom geraden Typ
  • Rillen vom mäandrierenden Typ

Untersuchungen des Rima Hadley der Apollo-15-Mission ergaben, dass die mäandrierenden Rillen Lavaröhren sind, die jedoch eingestürzt sind.
Satellitenfotos und “doppelte Radarechos” und auch eine negative Schwereanomalie in den Marius Hills im Oceanus Procellarum lassen vermuten, dass sich darunter ein intaktes Lavaröhrensystem gibt.

Was aber die geraden Rillen entstehen lässt, weiß man nicht, vielleicht sind es Schrumpfungsrisse, die sich in erkalteter Lava gebildet haben, so Wikipedia.

Es gibt noch ähnliche Strukturen, welche jedoch länger sind, bis zu 400 km, sie sehen wie die geraden Rillen aus, sind aber vermutlich durch die Spannungen in der Kruste entstanden. Sie heißen Furchen/Risse (Rupes).

Löcher

2009 entdeckten Astronomen erstmals einer dieser Löcher. Es besitzt einen Durchmesser von 65 Meter, befindet sich in der Region der Marius Hills (Oceanus Procellarum). Es liegt einer flachen Rille des mäandrierenden Typs. Durch neun Aufnahmen von variablen Sonnenstand und Perspektive schätzen sie die Tiefe auf 80 bis 88 Meter.

Ein vulkanischer Schachtkrater wird wegen mangelnden ausgeflossenen Material ausgeschlossen. Vermutlich ist ein sogenannter Skylight das Produkt eines lokalen Einsturzes der Decke der Lavaröhre, aber deren Lavadecke bereits instabil wird. Topografisch ist diese Stelle, unmittelbar über der Lavaröhre zum Umland hingegen etwas eingesackt. Die Ursache solcher Löcher in den Decken sind unbekannt.

Die Rückseite des Mondes

Die Rückseite des Mondes ist die entgegengesetzte Seite von der, die wir tagtäglich beobachten können. Die Rückseite des Mondes sieht ganz anders aus. Natürlich ist sie trotzdem eher in Grautönen zu sehen, aber die Rückseite hat fast keine Maria (Meere) und auch statistisch mehr Einschlagskrater. Woran das liegen könnte?

Zuerst sah die sowjetische Mondsonde “Lunik 3” Ende 1959 die Mondrückseite und lieferte grauenhafte verrauschte Bilder. Später wurden bessere Bilder geliefert. Die erste Raumsonde, die teilweise den Mond kartografierte, ebenfalls sowjetisch, kartografierte (Zond 3) im Juli 1965 etwa 70% der Mondoberfläche mit tatsächlich recht guten Bildern.

Aktuell kartografiert u.a. der LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter, NASA) mit extrem hochauflösenden Bildern den Mond. Die Karten vom LRO sind hier einsehbar: https://quickmap.lroc.asu.edu/

Es fällt also auf, wenn man die Rückseite des Mondes sich anschaut, dass dort diese gewöhnlichen dunklen Flecken, wie oben Maria genannt, fehlen. Wahrscheinlich fehlen deswegen auch Gebirge oder Rillen. Auf der zu uns liegenden Seite gibt es etwa 30% der Fläche diese Maria.
Der Maximale Höhenunterschied liegt bei 16 km. Höchster Punkt die Krater Korolev und Hertzsprung im ostzentralen Hochland und der tiefste Punkt im benachbarten Südpol-Aitken-Becken.

Die Mondrückseite besitzt tatsächlich nur vier kleine Mondmeere. Recht mittig sind Mare Moscoviense und Mare Ingenii. Zu der Rückseite gehört noch die von der Erde ebenfalls sichtbaren Mare Australe und Mare Orientale die bei extreme Libration zu sehen sind.

Auffällige Strukturen sind der Krater Tsiolkovskiy, mit einem dunklen Boden und der Krater Jules Verne der westlich vom Mare Ingenii liegt. Auch: im unteren Bilddrittel sieht man, als dunkleres Gebiet, das Südpol-Aitken-Becken und das erstreckt sich in der Nähe des Mond-Südpols über 2’240 Kilometer weit. Es ist das größte Einschlagsgebiet auf dem Mond. Auch ein Grund dafür, warum die unterschiedlichen Seiten sich so unterschiedlich entwickelt haben, ist dass der Massenschwerpunkt des Mondes um 1,8 Kilometer vom geometrischen Mittelpunkt entfernt ist, was etwa einem Promille des Mondradius ist. Diese Asymmetrie ist so vermutlich für andere selenologische Vorgänge der Mondrückseite verantwortlich.

So kann die unterschiedliche Verteilung der Maria auf den beiden Seiten nur davon kommen, dass entweder durch die Schwerkraftverhältnisse zwischen dem Mond und der Erde einfallendes Material zur Anfangszeit des Sonnensystems hauptsächlich in der zur Erde gewandten Seite eingeschlagen sind und so die Magmadecke der Kruste aufgebrochen und so aufsteigendes Material sich in das Einschlagsbecken gelegt hat und so dann erstarrt ist, oder das hauptsächlich die runden Maria durch selenologische Prozesse entstand, wobei die erstgenannte Theorie nachdem was wir gehört haben, stimmiger ist. Jedoch verbleiben immer noch einige Fragen.

Wechselwirkung des Mondes auf Lebewesen

Laut dem Skeptic’s Dictionary gibt es keine ausgewertete wissenschaftliche Studie, die eine signifikant positive Korrelation zwischen den Mondphasen und dem Erscheinen von z.B. Schlafstörungen, Suizidhandlungen, Geburtenrate, Verkehrsunfälle, Operationskomplikationen. Für eine solche Studie muss man ausreichende Zeiträume einkalkulieren und sämtliche Fälle überall auswerten und einbeziehen für eine korrekte Relation herzustellen. Je mehr man einbezieht, desto genauer und präziser sind die Ergebnisse.
Jedoch gibt es eine seit dem 18. Jhr. erforschte Korrelation zwischen Mondpositionen und dem Wetter. Allerdings fällt sie so gering aus, dass man sie auch vernachlässigen kann.

Auch das Schlafwandeln als Mondsüchtig sein wird von Menschen manchmal fälschlich benutzt

Die rhythmische Bewegung des Mondes und die darin liegenden Informationen über die Himmelsrichtungen nutzen Zugvögel für die Navigation und einige nachtaktive Insekten auch.
Ebenso ist bei einigen Tieren das Fortpflanzungsverhalten deutlich an die Mondphasen gekoppelt. Dazu zählen einige Ringelwürmer z.B. Samoa-Palolo, Krabben und Leuresthes (Grunion; eine Art von Fisch).

Effekte bei der Mondbeobachtung

Folgende Phänomene begleiten den Mond, wenn man ihn sehen kann.

Mondregenbogen

Der Mondregenbogen

Der Mondregenbogen funktioniert analog zum Regenbogen tagsüber, bloß dass man ihn sehr schwierig sieht, denn der Mond ist um ein Vielfaches dunkler als die Sonne.

Mondhalo

Der 22°- Mondhalo

Der Mondhalo ist ein Halo um den Mond. Ein kreisförmiger Lichtkranz um den Mond im Abstand von 22°. Er entsteht durch Eiskristalle, die in Höhennebel zu Eis geworden sind. Das Eis lenkt dabei einen winzigen Teil des Lichts vom Mond ab und erzeugt so den Halo. (der Halo, die Halonen/Halos)

Mondhof

Ein Mondhof ist ähnlich wie ein Mondhalo. Der Mondhof ist das Licht, das direkt um den Mond herum liegt. Meist endet er in einem roten Bereich. Er wird verursacht durch die Wassertröpfchen in Wolken, d.h. man sieht den Effekt besonders gut bei Wolken. Selten ist es, wenn der Mondhof auch verschiedene Farben hat.

“Neben”-mond

Zwei Nebenmonde, links und rechts.

Der Nebenmond ist analog zur Nebensonne. Es handelt sich hier um einen Halo-Effekt. Es erscheinen keine weitere Monde, wie wenn man den Mond durch ein doppelt/dreifach verglasten Fenster beobachten würde, sondern eine Art Brennpunkt im Halo, und zwar wieder im Abstand von etwa 22°. Der Nebenmond erscheint ebenso wegen den Eiskristallen.

Die Gezeiten

Ebbe und Flut.

Ja, es stimmt, die Gezeiten haben irgendwie mit dem Mond zu tun. Im Englischen heißen die Kräfte “tidal forces”.

Das was wir täglich am Meer erleben, dass das Wasser vor und zurück geht, das sind die Gezeiten. Von einer Flut bis zur nächsten sind es etwa 6 Stunden und 24 ½ Minuten. Im Rhythmus von 14 Tagen verstärken sich die Fluten wieder, das ist wegen der Stellung von Sonne und Mond so. Aber warum?

Irrtum

Hier möchte ich mit auch einen der großen Irrtümer aufdecken, denn das Wasser wird nicht so vom Mond angezogen, so dass auf der mondzugewandten Seite ein Flutberg entsteht und auf der gegenüberliegenden Seite durch die Rotation ein anderer Flutberg. Das ist aber nicht der Fall. Der Mond und die Rotation haben gar keine starke Kraft auf das Wasser, außerdem müssten Strandbesucher so auch womöglich sanft daher schweben. Auch erklärt es nicht, warum die Flutberge fast gleich hoch sind. Dem Gedankengang zufolge müsste der mondabgewandten Seite viel höher sein, als der zur mondzugewandten Seite, weil auf der mondabgewandten Seiten die Rotation mit der Mondanziehung zusammenarbeitet und auf der mondzugewandten Seite gegeneinander arbeitet. Das erklärt außerdem auch nicht, warum z.B. es in der Ostsee keine Gezeiten gibt. Außerdem ist die Rotation gleichmäßig und die Verformung durch die Rotation ist was anderes. Die Rotation ist nur dafür verantwortlich, wie schnell Hoch- und Niedrigwasser kommt und geht.

Es ist eher so, dass der Mond zusammen mit der Erde ein Duo sind. Sie umkreisen sich gegenseitig, wobei der Schwerpunkt noch innerhalb der Erde liegt, weil die Erde dementsprechend mehr Masse aufweist. So kreist also die Erde in der Rotation um sich selbst in 23 Stunden und etwa 56 Minuten. Durch die Kreiselbewegung um den gemeinsamen Schwerpunkt von Erde und Mond (allgemein auch: Baryzentrum), das nennt man Revolution, wird die Erde also etwas mitgerissen. Das ist jetzt aber tatsächlich durch den Mond. Jetzt zieht der Mond mit durchschnittlich 0,0000033848% von einem g (Fallbeschleunigung der Erde; 9,80665 m/s²) g = GM / r² ; g = 6,66743*10^-11 * 7,349*10^22 kg / 384’403’800 m²  = 0,000033193926393 m/s². Und diese unglaublich geringe Kraft kann das Wasser nicht urplötzlich anziehen, dann müssten wir ja auch plötzlich schweben. Diese Kraft ist also nicht für die Gezeiten verantwortlich, aber mit dem Mond und der Gravitation hängt es zusammen.

Erklärung

Abbildung: Anziehungskraft des Mondes mit Pfeile dargestellt.

Jetzt muss man sich Pfeile vorstellen, wie man zum Mond hingezogen wird, wenn man außer den Mond sonst alle Objekte außen vor lässt. Die Seite der Erde, die zum Mond liegt, da wird man in dem Fall stärker angezogen, als irgendwo anders auf der Erde. Jetzt ist es so, dass die Gravitation zum Quadrat mit dem Abstand abnimmt. Ohne die Rotation und nur mit der Revolution, also wie lange der Mond für einen Umlauf braucht, zeigen die Pfeile nach 29 ½ Tage wieder in die Ursprungsrichtung.

Abbildung: Darstellung der Revolution

Jetzt wirken überall noch Zentripetalkräfte, die von der Revolution stammen, also vom Umlauf der Erde um den Baryzentrum von Erde und Mond. Diese hängen aber nicht mit der Zentripetalkräfte der Rotation zusammen.

In der zweiten Abbildung auf der rechten Seite sind vier Punkte auf der Erdoberfläche vermerkt, welche im Laufe der Revolution einen Pfad hinterlassen haben.

 Durch die jetzt offensichtlichere Kreisbewegung können wir jetzt definitiv sagen, dass es da eine Zentripetalkraft durch die Kreisbewegung gibt. Auch wissen wir, da alle Kreise parallel und gleich groß sind und die Revolution überall gleich schnell ist. Sie sind also gleichmäßig, gleich groß und weisen in dieselbe Richtung.

Wenn wir die beiden wirkende Kräfte zusammenlegen (s.o.) und den Vektor bestimmen (folgendes Bild). Die Kräfte die wir jetzt haben sind in Summe die Gezeitenkräfte. Auf der mondabgewandten Seite ist die Zentripetalkraft durch die Revolution dominierend, also tendiert die Gezeitenkraft in die Wirkrichtung der Zentripetalkraft. Auf der Mondzugewandten Seite dominiert die Mondanziehung, also ist hier die Wirkrichtung zum Mond hin.

Aber wie entstehen jetzt die Flutberge, Ebbe und Flut? Das ist jetzt ganz leicht. Durch die herrschenden Kräfte kann das Wasser nicht förmlich angezogen werden, aber da die Kraft da ist und Wasser eine nicht feste Form besitzt, kann die Gezeitenkräfte das Wasser leicht aus den Ozeanen und Meeren drücken und sich in Richtung der Kräfte sammeln. Deshalb gibt es in der Ostsee oder im Bodensee keine Gezeiten, weil hier nur sehr, sehr schlecht das Wasser aufdrücken oder abfließen kann. Dabei ist die Zentripetalkraft im Gegensatz zu der Mondanziehung nur 92% so stark.

Andere Einflüsse

Der Einfluss der Sonne ist für unsere Gezeiten auch abhängig. Sie kann die Gezeiten durch ihre Anziehung verstärken oder abschwächen. Die verstärkt sie, bei Voll- oder Neumond da dort die Sonne und die Erde mit dem Mond in einer Reihe stehen und sich die Kräfte summieren (Springtiden), bei Halbmond schwächt die Sonne die Gezeiten ab, da die Sonne und der Mond zur Erde im rechten Winkel stehen (Nipptiden). An den Tagundnachtgleichen treffen sich auch annähernd die Sonne und der Mond die Erdachse, so steigert sich dann der Effekt also etwa jedes Halbe Jahr. Alle 4 ½ und 9 ¼ Jahre wird der Effekt ebenfalls gesteigert, weil sich dann grob gesagt der Mondzyklus von vorne anfängt und die Mondbahn sich durch die Bewegung der auf- und absteigenden Knoten mit der Ekliptik kreuzt.

Vorhersagetabellen: https://www.tide-forecast.com

Sonstiges

Gezeitenreibung

Gezeitenreibung und die Gezeiten veranschaulicht.

Gezeitenkräfte können aber auch dazu führen, dass durch Gezeitenreibung, Energie der Rotation der Erde abgezogen wird und der Größe der Mondumlaufbahn hinzugefügt wird. So entfernt sich der Mond in unscheinbaren Spiralen von der Erde um 3,8 cm pro Jahr und die Taglänge wird jedes Jahr um 23µs = 23 Mikrosekunden größer. Das passiert wegen einer Bremswirkung durch die Flutberge. Diese stehen nämlich nicht ganz in einer Linie vom Mond zum Erdmittelpunkt, sondern eilen dieser Linie vor.

Io als “Opfer” des Jupiters

Aber auch wird der Jupitermond Io von Gezeiten attackiert. Sie sind wegen der Nähe zum Jupiter so stark, dass sie den Io um 100 m strecken, bzw. stauchen. So erklärt man sich Ios vulkanische Aktivität, dass durch diese immense Reibung Temperatur und Druck für Vulkane passen. Deshalb ist der Io auch geologisch aktiv, den seine Oberfläche erneuert sich dadurch, seine Oberfläche wird auf 10 Millionen Jahre alt geschätzt.

Sonstiges

Urlaubsziel Mond:

Den Mond zu bereisen dürfte etwas kosten, hier stehen einige nützliche Tipps: https://de.wikivoyage.org/wiki/Mond

2 Gedanken zu „Der Erdmond Luna“

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