FANDOM


Mond [1]
[2]
Der Mond, fotografiert mit einem 103-mm-Refraktor.
Zentralkörper Erde
Eigenschaften des Orbits [1]
Große Halbachse 384 400 km
Periapsis 363 300 km
Apoapsis 405 500 km
Exzentrizität 0,0549
Bahnneigung 5,145°
Umlaufzeit 27,3217 Tage
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit 1,023 km/s
Physikalische Eigenschaften [1]
Albedo 0,12
Scheinbare Helligkeit −12,74 mag
Mittlerer Durchmesser 3476 km
Masse 7,349 · 1022 kg
Oberfläche 37 932 330 km²
Mittlere Dichte 3,341 g/cm³
Siderische Rotation 27,322 Tage
Achsneigung 6,68°
Fallbeschleunigung an der Oberfläche 1,62 m/s²
Fluchtgeschwindigkeit 2380 m/s
[3]
Größenvergleich zwischen
Erde (⌀= 12.756 km) und
Mond (⌀= 3476 km)
(Fotomontage mit maßstabsgerechten Größen; der mittlere Abstand beträgt jedoch 30 Erddurchmesser)

Der Mond (lateinisch Luna) ist der einzige natürliche Satellit der Erde. Seit den Entdeckungen von Trabanten bei anderen Planeten des Sonnensystems, im übertragenen Sinn zumeist als Monde bezeichnet, wird er zur Vermeidung von Verwechslungen auch Erdmond genannt. Er ist mit einem Durchmesser von 3476 km der fünftgrößte Mond des Sonnensystems.

Aufgrund seiner verhältnismäßigen Nähe ist er der einzige fremde Himmelskörper, der bisher von Menschen betreten wurde und somit auch der am weitesten erforschte. Trotzdem gibt es noch viele Unklarheiten, etwa in Bezug auf seine Entstehung und manche Geländeformen. Die jüngere Entwicklung des Mondes ist jedoch weitgehend geklärt.

Sein astronomisches Symbol ☾ ist die, von der irdischen Nordhalbkugel aus betrachtete, abnehmende Mondsichel.

Der Mond umkreist die Erde im Verlauf von durchschnittlich 27 Tagen, 7 Stunden und 43,7 Minuten in Bezug auf die Fixsterne von Westen nach Osten in dem gleichen Drehsinn, mit dem die Erde um ihre eigene Achse rotiert. Aus der Sicht eines irdischen Beobachters umkreist er die Erde aufgrund der Relativbewegung ihrer viel schnelleren Rotation scheinbar an einem Tag – wie auch die Fixsterne und die Planeten ähnlich der Sonne. In Bezug zur Erdoberfläche läuft er daher in die entgegengesetzte Richtung wie in Bezug zu den Fixsternen und sein Aufgang erfolgt ebenso wie der dieser anderen Himmelskörper im Osten, sein Untergang im Westen. Da die Bahnbewegung des Mondes denselben, rechtläufigen Drehsinn wie die Erdrotation hat, dauert sein scheinbarer Erdumlauf 50 Minuten länger als 24 Stunden. Diese Differenz addiert sich im Laufe eines Monats zu einem Tag, da der Mond in dieser Zeit einen wahren Erdumlauf vollzieht.

Die scheinbaren Bahnen von Mond und Sonne haben einen ähnlichen Verlauf, da die Mondbahn nur geringfügig gegen die Ekliptik geneigt ist. Für einen Beobachter auf der Nordhalbkugel über 5,2°nördlich des nördlichen Wendekreises stehen Mond und Sonne an ihren höchsten Bahnpunkten (Kulmination) im Süden, für einen Beobachter auf der Südhalbkugel über 5,2°südlich des südlichen Wendekreises im Norden. Die Oberflächenstrukturen erscheinen im Vergleich zur Nordhalbkugel kopfstehend. In Äquatornähe, zwischen den Wendekreisen, erscheint der Mond zweimal im Monat im Zenit, also senkrecht über der Erdoberfläche. Der scheinbare Durchmesser des Mondes schwankt entfernungsabhängig zwischen knapp 30' und gut 34' um einen Mittelwert von etwa 32' Bogenminuten und gleicht damit annähernd dem der Sonne. Siehe auch: Geozentrisches Weltbild===Umlaufbahn [Bearbeiten]=== → Hauptartikel: MondbahnDie Bahn des Mondes um die Erde weicht deutlich von der Kreisform ab. Die größte und die kleinste Entfernung zur Erde weichen im Mittel jeweils um 5,45 % von der Kreisform ab. Die Bahn ist in guter Näherung eine Ellipse der numerischen Exzentrizität 0,0549. Der mittlere Abstand des Schwerpunktes des Mondes vom Baryzentrum – die große Halbachse – misst 384.400 km. Den erdnächsten Punkt der Bahn nennt man Perigäum. Im Perigäum beträgt die Entfernung im Mittel 363.300 km. Der erdfernste Punkt heißt Apogäum. Dort beträgt die Entfernung im Mittel 405.500 km. Die Durchgänge des Mondes durch die Bahnebene der Erde (die Ekliptik) nennt man Mondknoten (oder Drachenpunkte). Der aufsteigende Knoten ist der Übergang auf die Nordseite der Ekliptik, der absteigende markiert den Übergang auf die südliche Seite. [4]Korrektes Größen-Abstands-Verhältnis zwischen Erde und MondDer Mond umläuft zusammen mit der Erde die Sonne, durch die Bewegung um die Erde pendelt der Mond jedoch um eine gemeinsame Ellipsenbahn. Die Variation der Gravitation während dieser Pendelbewegung führt zusammen mit geringeren Störungen durch die anderen Planeten zu Abweichungen von einer exakten Keplerellipse um die Erde.

Der erdnächste Punkt der Bahn wird nicht nach genau einem Umlauf (relativ zu den Fixsternen) des Mondes wieder erreicht. Durch diese Apsidendrehung umläuft das Perigäum die Erde in 8,85 Jahren. Auch zwei aufsteigende Knotendurchgänge erfolgen nicht exakt nach einem Umlauf, sondern bereits nach kürzerer Zeit. Die Mondknoten umlaufen die Erde folglich retrograd, das heißt gegen die Umlaufrichtung des Mondes in 18,61 Jahren. Wenn ein Knotendurchgang mit Neumond zusammenfällt, kommt es zu einer Sonnenfinsternis, und falls der Knotendurchgang mit Vollmond zusammenfällt, kommt es zu einer Mondfinsternis.

Dieser Zyklus führt auch zu den Mondwenden: Der Aufgangsort des Mondes am Horizont schwankt während eines Monats zwischen einem südlichsten und einem nördlichsten Punkt hin und her, so wie es auch bei der Sonne im Verlauf eines Jahres der Fall ist. Im Laufe des Zeitraumes von 18,61 Jahren verändert sich die Spanne zwischen diesen beiden Extrempunkten in ihrem Abstand: Der Zeitpunkt (zuletzt im Jahre 2006), an dem diese Punkte am weitesten auseinanderliegen, heißt große Mondwende, der des geringsten Abstandes kleine Mondwende. In der frühzeitlichen Astronomie spielten diese Mondwenden eine wichtige Rolle [2].

Bahnperiode [Bearbeiten]Bearbeiten

Die Dauer eines Bahnumlaufs des Mondes, den Monat (nach Mond), kann man nach verschiedenen Kriterien festlegen, die jeweils unterschiedliche Aspekte abdecken.

  • Nach einem siderischen Monat (27,32 d) nimmt der Mond wieder die gleiche Stellung zu den Fixsternen ein (von der Erde aus beobachtet).
  • Nach einem synodischen Monat (29,53 d; Periode der Mondphasen – ein Mondtag) erreicht der Mond wieder die gleiche Stellung zur Sonne (von der Erde aus beobachtet).
  • Einen drakonitischen Monat (27,21 d) benötigt er, um wieder durch den gleichen Knoten seiner Bahn zu laufen; er ist wichtig für die Sonnen- und Mondfinsternisse.
  • Einen anomalistischen Monat (27,56 d) benötigt der Mond von einem Perigäumdurchgang zum nächsten.

Diese Werte nehmen jedoch sehr langsam im Laufe von Jahrmillionen zu, da sich die Mondbahn vergrößert (siehe Abschnitt: Vergrößerung der Umlaufbahn).

Mondphasen [Bearbeiten]Bearbeiten

Das Aussehen des Mondes variiert im Laufe seines Bahnumlaufs und durchläuft die Mondphasen: [5]Mondphasen von Neumond über Vollmond bis kurz vor dem nächsten Neumond*Neumond (1) – der Mond steht zwischen der Sonne und der Erde,

  • zunehmender Mond (2–4) – abends sichtbar,
  • Vollmond (5) – die Erde steht zwischen der Sonne und dem Mond,
  • abnehmender Mond (6–8) – morgens sichtbar,
  • Halbmond – zunehmend (3) oder abnehmend (7) – ist die Halbphase (Dichotomie).

Diese Darstellung gilt für die Betrachtung von der Nordhalbkugel (der Erde) aus. Betrachtet man den Mond stattdessen von der Südhalbkugel aus, so kehrt sich die visuelle Erscheinung um: Neumond (1), kurz danach (9), zunehmender Mond (8, 7, 6), Vollmond (5), abnehmender Mond (4, 3, 2). Einem Beobachter in der Nähe des Äquators erscheint die Mondsichel waagerecht und die Verlaufsrichtung des Phasenwechsels senkrecht zum Horizont. Diese Abhängigkeit der Lage vom Breitengrad widerspiegelt sich zum Beispiel bei der Verwendung einer symbolischen Mondsichel in Form einer Schale auf der Staatsflagge einiger äquatornaher Länder.

Die nicht von der Sonne beleuchteten Teile der erdzugewandten Mondseite sind dabei nie völlig dunkel, sondern werden durch das Erdlicht – den Widerschein der Erdoberfläche und der Erdatmosphäre – ein wenig aufgehellt. Diese Aufhellung wird als Erdschein oder auch als aschgraues Mondlicht bezeichnet und ist am besten bei schmaler Mondsichel zu sehen.

[6]
Herkunftsweg des Erdscheins

Seine Ursache wurde schon von Leonardo da Vinci richtig erkannt. Mit einem Fernglas selbst geringer Vergrößerung sind in dem Erdschein sogar Einzelheiten erkennbar, denn aufgrund des größeren Durchmessers und des höheren Rückstrahlungsvermögens (Albedo) der Erde ist die „Vollerde“ rund 50-mal so hell wie der Vollmond. Messungen des aschgrauen Mondlichts erlauben Rückschlüsse auf Veränderungen der Erdatmosphäre. Bei Vollmond beträgt seine Beleuchtungsstärke 0,2 Lux.

Die ständig erdabgewandte Rückseite des Mondes ist natürlich nicht immer dunkel, sondern unterliegt dem entsprechend versetzten Phasenwechsel – bei Neumond wird sie vom Sonnenlicht vollständig beschienen.

Finsternisse [Bearbeiten]Bearbeiten

Verfinsterungen zwischen Sonne, Mond und Erde treten auf, wenn die drei Himmelskörper auf einer Linie liegen, das heißt, nur bei Vollmond oder Neumond und wenn sich der Mond in einem der zwei Mondknoten befindet. Dies passiert nur zweimal pro Jahr.

Mondfinsternis [Bearbeiten]Bearbeiten

Hauptartikel: Mondfinsternis[7][8]Totale Mondfinsternis am 9. November 2003Bei einer Mondfinsternis, die nur bei Vollmond auftreten kann, steht die Erde zwischen Sonne und Mond. Sie kann auf der gesamten Nachtseite der Erde beobachtet werden und dauert maximal 3 Stunden 40 Minuten. Man unterscheidet

  • die totale Mondfinsternis, bei welcher der Mond völlig in den Schatten der Erde wandert. Die Totalität dauert höchstens 100 Minuten. Betrachtet man die geometrischen Verhältnisse bei einer totalen Mondfinsternis, so sollte der Mond im Kernschatten der Erde liegen, der sich theoretisch knapp 1,4 Millionen Kilometer in den Raum erstrecken sollte, tatsächlich aber wegen der starken Streuung durch die Erdatmosphäre nur etwa 250.000 km weit reicht. Der Mond wird deshalb auch bei totalen Finsternissen nicht völlig verdunkelt. Da die Erdatmosphäre die blauen Anteile des Sonnenlichts stärker streut als die roten, erscheint der Mond bei totalen Finsternissen als dunkle rotbraune Scheibe; daher auch die gelegentliche Bezeichnung „Blutmond“.
  • die partielle Mondfinsternis, bei der nur ein Teil des Mondes von der Erde abgeschattet wird, das heißt, ein Teil des Mondes bleibt während des gesamten Verlaufs der Finsternis sichtbar.
  • die Halbschattenfinsternis, bei welcher der Mond nur (ganz oder teilweise) in den Halbschatten der Erde eintaucht. Halbschattenfinsternisse sind ziemlich unauffällig; es zeigt sich lediglich eine leichte Vergrauung derjenigen Mondseite, die dem Kernschatten der Erde am nächsten ist.

Vom Mond aus gesehen stellt sich eine Mondfinsternis als Sonnenfinsternis dar. Dabei verschwindet die Sonne hinter der schwarzen Erdscheibe. Bei einer totalen Mondfinsternis herrscht auf der ganzen Mondvorderseite totale Sonnenfinsternis, bei einer partiellen Mondfinsternis ist die Sonnenfinsternis auf dem Mond nur in einigen Gebieten total, und bei einer Halbschatten-Mondfinsternis herrscht auf dem Mond partielle Sonnenfinsternis. Ringförmige Sonnenfinsternisse gibt es auf dem Mond wegen des im Verhältnis zur Sonne viel größeren scheinbaren Durchmessers der Erdscheibe nicht; lediglich durch die beschriebene Lichtstreuung in der Erdatmosphäre wird der Rand der schwarzen Scheibe zu einem kupferrot schimmernden Ring, der dem Mond die entsprechende Farbe verleiht.

Sonnenfinsternis [Bearbeiten]Bearbeiten

[9][10]Totale Sonnenfinsternis mit sichtbarer KoronaBei einer Sonnenfinsternis, die nur bei Neumond auftreten kann, steht der Mond zwischen Sonne und Erde. Sie kann nur in den Gegenden beobachtet werden, die den Kern- oder Halbschatten des Mondes durchlaufen; diese Gegenden stellen sich meist als lange, aber recht schmale Streifen auf der Erdoberfläche dar. Man unterscheidet:

  • totale Sonnenfinsternis, bei der der Mond die Sonnenscheibe einige Minuten lang vollständig bedeckt und die Erde den Kernschatten (Umbra) des Mondes durchläuft;
  • partielle Sonnenfinsternis, bei welcher der Mond die Sonnenscheibe nicht vollständig bedeckt; der Beobachter befindet sich dabei im Halbschatten (Penumbra) des Mondes;
  • ringförmige Sonnenfinsternis, wenn der Mond durch zu große Erdferne die Sonnenscheibe nicht ganz abdeckt (siehe auch: Durchgang).

Eine Sonnenfinsternis wird nur vom irdischen Betrachter als solche wahrgenommen. Die Sonne leuchtet natürlich weiter, dagegen liegt die Erde im Schatten des Mondes. Entsprechend zur Mondfinsternis müsste man korrekterweise also von einer Erdfinsternis sprechen.

Sarosperiode [Bearbeiten]Bearbeiten

Bereits den Chaldäern war (um etwa 1000 v. Chr.) bekannt, dass sich Finsternisse nach einem Zeitraum von 18 Jahren und 11 Tagen, der Sarosperiode, wiederholen. Nach 223 synodischen beziehungsweise 242 drakonitischen Monaten (von lat. draco, Drache, altes astrologisches Symbol für die Mondknoten, da man dort einen mond- und sonnenfressenden Drachen vermutete) besteht wieder fast dieselbe Stellung von Sonne, Erde und Mond zueinander, so dass sich eine Finsternisstellung nach 18 Jahren und 11,33 Tagen erneut ergibt. Die Ursache dieser Periode liegt darin begründet, dass bei einer Finsternis sowohl die Sonne als auch der Mond nahe der Knoten der Mondbahn liegen müssen, welche in 18 Jahren einmal um die Erde laufen. Thales nutzte diese Periode, die er bei einer Orientreise kennenlernte, für seine Finsternisprognose vom 28. Mai 585 v. Chr., wodurch eine Schlacht zwischen Lydern und Medern abgebrochen und ihr Krieg beendet wurde.

Ein Saros-Zyklus ist eine Folge von Sonnen- oder Mondfinsternissen, die jeweils im Abstand einer Sarosperiode aufeinanderfolgen. Da die Übereinstimmung der 223 bzw. 242 Monate nicht exakt ist, reißt ein Saros-Zyklus etwa nach 1300 Jahren ab. In diesem Zeitraum beginnen aber gleich viele neue Zyklen und es existieren immer ungefähr 43 gleichzeitige verschachtelte Saros-Zyklen.[3]

Vergrößerung der Umlaufbahn [Bearbeiten]Bearbeiten

[11][12]Der Retroreflektor von Apollo 11.Die mittlere Entfernung zwischen dem Mond und der Erde wächst jährlich um etwa 3,8 cm. Der Abstand (lunar distance) wird seit der ersten Mondexpedition Apollo 11 regelmäßig per Lidar vermessen, indem die Lichtlaufzeit bestimmt wird, die das Laserlicht für die Strecke hin und zurück benötigt. Sowohl von amerikanischen als auch von sowjetischen Mondmissionen wurden dazu insgesamt fünf Retroreflektoren auf dem Mond platziert, die heute für die Entfernungsmessungen genutzt werden (siehe auch: Lunar Laser Ranging).

Ursache [Bearbeiten]Bearbeiten

Die allmählich zunehmende Entfernung ist eine Folge der Gezeitenkräfte, die der Mond auf der Erde bewirkt. Dabei wird Rotationsenergie der Erde weit überwiegend in Wärme umgewandelt und zu einem Teil als Rotationsenergie auf den Mond übertragen. Der dabei abnehmende Drehimpuls der Erdrotation resultiert in einer Zunahme des Bahndrehimpulses des Mondes, der sich dadurch von der Erde entfernt. Dieser schon lange vermutete Effekt ist seit 1995 durch die Laser-Distanzmessungen abgesichert. Er bewirkt sowohl eine kontinuierliche Verlängerung der irdischen Tageslänge (um etwa eine Sekunde in 100.000 Jahren) als auch der Mondumlaufdauer.

Drehimpuls-Anteile des Erde-Mond-Systems
Art des Drehimpulses Größe [kg·m²/s] Anteil
Erde-Mond-System gesamt 3,49 × 1034 100,0 %
Mond – Eigendrehimpuls 2,33 × 1029 –––
Mond – Bahndrehimpuls 2,87 × 1034 82,2 %
Erde – Eigendrehimpuls 5,85 × 1033 16,8 %
Erde – Bahndrehimpuls 3,53 × 1032 1,0 %
Künftige Entwicklung [Bearbeiten]Bearbeiten

Dennoch kann die Erde den Mond durch den Gezeitenmechanismus auch in ferner Zukunft nicht gänzlich verlieren, da sich nach einigen Milliarden Jahren ein Endzustand einstellen würde, bei dem sich die Eigenrotationsperiode der Erde, d. h. die Länge eines Tages, der dann verlängerten Mondumlaufperiode angeglichen hätte. In diesem Endzustand wäre der Gezeitenmechanismus (und die damit verbundene Energie- und Drehimpulsübertragung) zum Erliegen gekommen und der Mond stünde, ähnlich wie ein geostationärer Satellit, fortan immer über demselben Ort der Erde. (Jedoch wird dieser Fall gar nicht erst eintreten, da andere kosmische Ereignisse wie etwa das Aufblähen der Sonne zum Roten Riesen früher eintreten werden.)

Entsprechend den Drehimpulsanteilen des Erde-Mond-Systems (siehe Tabelle) würde sich also der gegenwärtige Bahndrehimpuls des Mondes durch die weitestgehende Übernahme des Eigendrehimpulses der Erde um den Faktor 1,2 auf die maximal möglichen rund 99 % des Gesamtdrehimpulses erhöhen. Dies führte zu einer 1,22-fach vergrößerten mittleren Monddistanz von etwa 560.000 km sowie einer 1,23-fach verlängerten Umlaufperiode von rund 48 Tagen. Die Dauer bis zum Erreichen dieses Endzustandes lässt sich nach unten grob abgrenzen, indem man die heutige Entfernungszunahme von 3,8 cm/Jahr linear extrapoliert. Dies ergibt rund 5 Mrd. Jahre und liegt somit im selben Zeitrahmen wie das erwähnte Endstadium unserer Sonne.

Rotation [Bearbeiten]Bearbeiten

[13][14]Die simulierte Libration des MondesInfolge der Gezeitenwirkung, die durch die Gravitation der Erde entsteht, hat der Mond seine Rotation der Umlaufzeit in Form einer gebundenen Rotation angepasst. Das heißt, bei einem Umlauf um die Erde dreht er sich im gleichen Drehsinn genau einmal um die eigene Achse. Daher ist – abgesehen von kleineren Abweichungen, den Librationsbewegungen – von einem Punkt der Erdoberfläche immer dieselbe Mondseite zu sehen. Wegen der Libration und der Parallaxe, sprich durch Beobachtung von verschiedenen Punkten etwa bei Mondaufgang und Monduntergang, sind von der Erde aus insgesamt knapp 59 % der Mondoberfläche einsehbar. Mit der Raumsonde Lunik 3 konnte 1959 erstmals die erdabgewandte Seite des Mondes beobachtet werden.

Wegen der gebundenen Rotation sähe ein stationärer Beobachter auf dem Mond die Erde immer an derselben Stelle des Himmels; abgesehen von den leichten Schwankungen durch die Librationen. Die Erde geht also außerhalb der Librationszonen auf dem Mond niemals „auf“ oder „unter“. Ein Beobachter auf der verbleibenden Mondrückseite kann die Erde somit niemals sehen.

Wegen des Fehlens einer Atmosphäre ist der Mondhimmel nicht farbig, sondern schwarz, da kein Streulicht beobachtet werden kann. Sterne kann man jedoch auch auf dem Mond im Grunde nur nachts sehen; das menschliche Auge stellt sich auf die hell bestrahlte Mondoberfläche ein und kann die Sterne dann nicht mehr wahrnehmen. Nach langer Betrachtung des Himmels bis sich die Augen angepasst haben, um Sterne zu erkennen, würde beim Blickwechsel auf die Mondoberfläche die gleiche Gefahr schwerer Augenschäden drohen, wie bei einer Sonnenfinsternis auf der Erde ohne Schutzbrille.

Die Erde erscheint als bläuliche Scheibe, im Durchmesser fast viermal so groß wie der Mond von der Erde aus. Die Erdphasen werden in einem synodischen Monat durchlaufen und sind den Mondphasen entgegengesetzt. Bei Neumond herrscht „Vollerde“ und bei Vollmond „Neuerde“. Die Sonne wandert, vom Mond aus gesehen, ebenso wie von der Erde beobachtet einmal pro Jahr durch den Tierkreis. Von Sonnenaufgang bis zum Höchststand der Sonne dauert es eine Woche, und von dort eine weitere Woche bis zum Sonnenuntergang, worauf eine 14-tägige Nacht (Mondnacht) folgt. Ein Tag-Nacht-Zyklus auf dem Mond dauert somit ungefähr einen Monat.