Kategorie: Astronomische Hintergründe und Einflüsse auf die Erde

Gravitation zwischen Erde, Mond und Sonne – Gezeiten und zeitliche Varianzen

Abb. 1: Graphical Abstract zum Thema „Gravitation zwischen Erde, Mond und Sonne – Gezeiten und zeitliche Varianzen“ (Männel 2020)
1. : Solar System (The Week 2020) / Sonnensystem
2. : Gravity and inertia act in opposition on the Earth’s oceans (NOAA 2020 a) / Gravitation und Trägheit wirken gegensätzlich auf die Ozeane der Erde
3. : Tide cycles (NOAA 2020 c) / Gezeitenzyklen
4. : Sun, Earth and Moon Model (Space Awareness 2020) / Sonne, Erde und Mond Modell

Gliederung

1 Einleitung

2 Gravitation

2a Grundlagen

2b Gravitation zwischen Erde, Mond und Sonne

3 Gezeiten

3a Grundlagen

3b Lunare Gezeiten

3c Solare Gezeiten

3d Lunisolare Gezeiten

3e Zeitliche Varianzen

4 Ermittlung und Nutzung der Gezeiten

5 Fazit

1 Einleitung

Die Erde wird stetig durch diverse astronomische Einflüsse geprägt, sei es durch verschiedene Strahlungspektren, feste Objekte ohne bestimmte Laufbahnen, oder eben die Gravitation. Diese besitzt eine unendliche Reichweite und lässt sich nicht abschirmen. Das gesamte Universum wird durch diese definiert und dominiert (Müller 2014). Sie ist außerdem verantwortlich für das Bestehen von Umlaufbahnen der Planeten und den damit einhergehenden generellen Erhalt unseres Sonnensystems (MinutePhysics o.J.)

In diesem Text wird das Wirkungsgeflecht der Gravitation von Erde, Mond und Sonne näher erläutert. Denn dieses hat essentielle, groß- und kleinräumige Prozesse zur Folge. So bewegen sich bspw. riesige Wassermassen unserer Ozeane und die Veränderungen können in Küstengebieten als Gezeiten beobachtet werden (Sumich 1996: 32). Dies ist in vielerlei Hinsicht wichtig, da diese Bereiche also unter ständig wechselndem Einfluss des Wassers stehen, dies spielt auch für den Menschen eine wesentliche Rolle.

2 Gravitation

2a Grundlagen

Die Gravitation ist eine bestimmende Kraft im Universum. Sie besteht grundsätzlich aus zwei Punktmassen, die im Folgenden durch die Planeten repräsentiert und durch das Newton’sche Gravitationsgesetz (17 Jhdt.) beschrieben werden:

F= (m1 x m2 / r^2) x G

m1 = Masse Objekt 1

m2 = Masse Objekt 2

r = Abstand zwischen den Mittelpunkten der Objekte

G = Gravitationskonstante 6,67 x 10-11 Nm2/ kg2

Dementsprechend haben Körper mit größeren Massen eine höhere Gravitationskraft, die Wirkung wird allerdings geringer, je weiter zwei Objekte voneinander entfernt sind (Dunkhase & Kersten 2006: 2, Thurman 1994: 252).

2b Gravitation zwischen Erde, Mond und Sonne

Die Schwerkraft bestimmt also die Beziehungen zwischen jeglichen Objekten, folglich auch die zwischen Erde, Mond und Sonne. Durch die in Kapitel 2.a dargestellte Formel wird deutlich, dass Distanz und Masse von Körpern eine essentielle Rolle bei der Bestimmung ihrer Wirkungskräfte spielen.

Abb. 2: Relationship between masses of Earth, Moon and Sun and their distances (NOAA 2020 g) / Beziehung zwischen den Massen von Erde, Mond und Sonne und deren Distanzen

Der Mond befindet sich knapp 384,835 km von der Erde entfernt. Die Distanz von der Sonne bis zur Erde beträgt rund 148,785,000 km. Außerdem besitzt diese 27 Million Mal mehr Masse als der Mond, ist zudem allerdings auch 390 Mal so weit entfernt. Folglich besitzt die Sonne einen Anteil von knapp 45% der Kräfte des Mondes, welche auf die Erde wirken (NOAA 2020 f, Thurman 1994: 252). 

3 Gezeiten

3a Grundlagen

Der Begriff der „Gezeiten“ muss zunächst näher definiert werden. Gäbe es keine Ozeane, so würden bspw. dennoch die Gezeiten der „festen Erde“ existieren (Baur 2002: 2). Im Folgenden werden die Ozeangezeiten, also die natürlichen Zyklen der relativen Verlagerungen von Wassermassen auf unserem Planeten, im Fokus stehen. Sie entstehen als Resultat der Anziehungskräfte von Sonne und Mond (NOAA 2020 e).

Gezeiten sind sehr langperiodische Wellen, sie haben ihren Ausgangspunkt in den Ozeanen und erscheinen uns als Abfall und Anstieg des Meeres, bzw. als Ebbe und Flut an den Küstengebieten. Die Höhenunterschiede werden dabei als Tidenhub definiert, die Bezeichnung „Gezeitenstrom“ beschreibt das Auf- und Absteigen des Wassers. Die stärksten Strömungsverhältnisse treten jeweils vor Ebbe und Flut auf, im offenen Ozean sind sie deutlich schwächer als in den küstennahen Bereichen (NOAA 2020 f).

3b Lunare Gezeiten

Ein Mondtag dauert, im Gegensatz zu der uns bekannten Definition eines Sonnentages von 24 h, 50 Minuten länger an. Denn er dreht sich in dieselbe Richtung um die Erde, wie diese sich um ihre eigene Achse dreht. So benötigt es also etwas mehr Zeit, bis der Mond über die gleiche Stelle der Erde rotiert ist (Sumich 1996: 33, Thurman 1994: 256).

Abb. 3: Gravity and inertia act in opposition on the Earth’s oceans (NOAA 2020 a) / Gravitation und Trägheit wirken gegensätzlich auf die Ozeane der Erde

Die physikalische Trägheit bzw. Zentrifugalkraft der Erde versucht grundsätzlich das Wasser auf der Stelle zu halten. Auf der dem Mond zugewandten Seite wirkt die Gravitationskraft des Mondes allerdings stärker, weshalb dies in einer Schwellung des Wassers in Richtung des Himmelskörpers resultiert. Trotz geringerer Anziehungskraft auf der dem Mond abgewandten Seite, verursacht durch eine vergrößerte Distanz, bildet sich auch dort ein Flutberg, da hier die Zentrifugalkraft dominiert (Dunkhase & Kersten 2006: 3).

3c Solare Gezeiten

Der Mond nimmt aufgrund der weitaus geringeren Distanz zur Erde eine übergeordnete Rolle ein, dennoch ist der Einfluss der Sonne nicht zu vernachlässigen. Die durch die Gravitationskräfte der Sonne verursachten Gezeiten werden allerdings nicht als separater Satz betrachtet, sondern vielmehr als eine Variation der lunaren Gezeiten (Thurman 1996: 252).

3d Lunisolare Gezeiten

Letztendlich wirken die Gravitationskräfte von Mond und Sonne gemeinsam und lassen so die für uns beobachtbaren, „lunisolaren“ Gezeiten entstehen. Durch die Rotation der Erde bewegt diese sich quasi unter dem Gezeitensystem hinweg (Dunkhase & Kersten 2006: 5) Essentiell sind dabei die periodischen Abläufe und zeitliche Variationen des Geschehens. Grundsätzlich kann zwischen drei verschiedenen Zyklen unterschieden werden:

Abb. 4: Tidal cycles (NOAA 2020 c) / Gezeitenzyklen

Semi-diurnale (halbtägige) Gezeitenzyklen kennzeichnen sich durch jeweils zwei in etwa gleich hohe Ebben und Fluten. Treten gemischte (semi-diurnale) Gezeiten auf, so treten pro Tag auch jeweils zwei Ebben und Fluten auf, allerdings fällt deren Höhe dann differenzierter aus (Sumich 1996: 34). Die Periodendauer, also der Abstand zwischen jeweils zwei Ebben oder zwei Fluten, beträgt dabei 12 h und 25 min. Von einer Flut bis zur Ebbe dauert es also 6 h und 12,5 min (Dunkhase & Kersten 2006: 4). Diese Abfolgen sind weltweit am meisten verbreitet, wie in der Abbildung 3 zu erkennen. Dagegen erfahren Orte mit diurnalen, also ganztägigen Gezeiten Ebbe und Flut nur ein Mal pro Tag (NOAA 2018, Sumich 1996: 34), es dauert also 24 h bis der Hoch- oder Tiefpunkt des Wassers wieder erreicht ist (Thurman 1994: 263-264).

Abb. 5: Lunar day (NOAA 2020) / Mondtag

3e Zeitliche Varianzen

Da die Planeten sich nicht in Kreisen, sondern in Ellipsenbahnen bewegen und sich die relative Position bzw. Deklination zur Erde somit im Jahresverlauf ändert, unterscheiden sich die Distanzen zur Erde und somit auch die wirkenden Gravitationskräfte. Dies gilt sowohl für den Mond als auch für die Sonne, sodass Gezeiten differenziert auftreten. Spring- und Nipptiden sind Phänomene die jeweils zwei Mal pro Mondphase auftreten. Springtiden beschreiben die Resultate der Konstellation von Erde, Sonne und Mond in einer geraden Linie, wenn Voll- und Neumond auftreten. Die Kräfte addieren sich und resultieren in überdurchschnittlich hohen Fluten und unterdurchschnittlich niedrigen Ebben. Wenn die drei Himmelskörper in einem rechten Winkel zueinanderstehen und ein Halbmond erscheint, entstehen Nipptiden. Dabei hebt die Sonne die Kraft des Mondes in geringem Maße auf, sodass Fluten etwas niedriger und Ebben höher als im Durchschnitt ausfallen (NOAA 2020 d, Sumich 1996: 33, Thurman 1994: 256-257). Primär ist also die Sonne für die periodischen Schwankungen verantwortlich (Bundschuh et al. 1974: 120).

Abb. 6: Spring Tides and Neap Tides (NOAA 2020 b) / Springtiden und Nipptiden

Der elliptische Pfad des Mondes um die Erde weist eine Variation des Abstandes von knapp 50.000 km auf. Das Perigäum beschreibt den Zeitpunkt im Monat, an dem der Mond der Erde am nächsten ist, wodurch die Gravitationskräfte wie auch die Gezeiten höher ausfallen als im Normalfall. Dem entgegengesetzt besteht zum Apogäum die größte Distanz, die Tidenwechsel bleiben geringer (Thurman 1994: 258).

Ähnliches gilt folglich auch für die Distanz zur Sonne, abhängig von der aktuellen Position der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne. Um den 2. Januar herum, zur Zeit des Perihel, ist der Planet dieser am nächsten, die Beeinflussung ist am stärksten. Mit dem Aphel Anfang Juli ist die Kraft dann am geringsten, da sich der Abstand der zwei Körper maximiert (Thurman 1994: 257).

Abb. 7: The elleptical orbits oof the moon around the earth and and the earth around the sun have a substantial effect on the Earth’s tides (NOAA 2020 b) / Die elliptischen Bahnen des Mondes um die Erde und der Erde um die Sonne haben einen wesentlichen Einfluss auf die Gezeiten der Erde

Das Video „How Tides are formed“ im folgenden Link fasst die bisher aufgeführten Informationen weitestgehend zusammen: https://www.youtube.com/watch?v=GPVomM6DBAA

4 Ermittlung und Nutzung der Gezeiten

Wir können die Gezeiten aufgrund ihrer stetigen Periodizität vorhersagen. Um die Genauigkeit solcher Prognosen untersuchen zu können, werden Messungen, bspw. durch Satelliten, durchgeführt. So ermittelt der am 17 Januar 2016 gestartete Jason-3 Satellit unter anderem die ozeanische Topographie und lässt so Analysen bezüglich der Gezeiten zu. Er ist Teil des Copernicus-Programm und wird durch die internationale Zusammenarbeit von EUMETSAT; CNES, NOAA, NASA und der Europäischen Union gefördert (EUMETSAT 2020, NASA 2020). Als Folgeprojekt der Missionen TOPEX/Poseidon, Jason-1 und OSTM/Jason-2 trägt der Jason-3 Satellit neben der Beobachtung der Gezeiten auch dazu bei, die allgemeinen Erkenntnisse der physikalischen Ozeanographie in den Bereichen der Meeresspiegel-untersuchungen, Meeresmeteorologie, Geophysik und Geodäsie zu erweitern.  Seine Mindestlaufzeit ist zunächst auf fünf Jahre begrenzt, welche bei erfolgreicher Anwendung aber auch noch verlängert werden kann. Jason-3 hat ein Wiederholungsintervall von 9,9 Tagen, was bedeutet, dass es diese Periode braucht, bis der Satellit die gleiche Stelle auf der Erde erneut observiert. Dabei beträgt die Genauigkeit der Meeresoberflächenmessung mindestens 3,4 cm, im Idealfall ist sie aber noch genauer. So werden statistische Analysen, Klima- und Ozeanzirkulationsmodelle sowie Schiffsführung und die maritime Industrie unterstützt. Auch Umweltgefahren können aus den gesammelten Informationen ermittelt werden (CNES et al. 2018: 1-10).

Abb. 8: Altimetric distances – Altitude, Range and Height (CNES et al. 2018:5) /Altimetrische Entfernungen – Tatsächliche Höhe, Reichweite, Höhe

Ebenfalls werden weniger komplexe, lokale Systemmessungen und Analysen durchgeführt, so zum Beispiel an der Serinhaém-Flussmündung in Brasilien. Hier wird der Einfluss der Gezeiten auf Eben und Fluten im Fluss experimentell gemessen und mit bereits existierenden, allgemeinen Modellen verglichen. Dazu wurde das System TidalDuino entwickelt, welches als langfristiger Datenlogger fungiert (Cano et al. 2019: 490). Es wurden nur geringe Differenzen zu den theoretischen Voraussagen, sowie ein maximaler Verstärkungseffekt der Gezeiten von 1,33 in der Neumondphase, beobachtet (Cano et al. 2019: 494). Denn dies ist der Zeitpunkt, zu welchem sich Gravitationskräfte von Mond und Sonne addieren (vrgl. Kapitel 3.d). Aufgrund dieses Forschungsprojektes und der Abweichung von nur knapp 3% wird deutlich, dass Berechnungen und Modelle den wahren Werten der ozeanischen Gezeiten und deren Veränderungen sehr nahe liegen (Cano et al. 2019: 494). Solche Vorhersagen sind in vielerlei Hinsicht nützlich, sei es für Fischer, welche so ertragsreichere Fänge prognostizieren können, oder für Schwimmer und Surfer, welche so die Höhe der Wellen und Stärke der Strömungen besser einschätzen können.

Über den folgenden Link gelangen Sie zu einer Visualisierung der barotropischen globalen Ozeangezeiten, welche durch gesammelte Daten der zuvor genannten Satelliten angefertig werden konnte. Gezeitenniveaus und dessen Änderungen können so besser nachvollzogen werden: https://svs.gsfc.nasa.gov/4821

Wie auch andere natürliche Energiequellen gelten die Gezeiten als unerschöpfliche Ressourcen (Bundschuh et al. 1974: 120). Gezeitenkraftwerke nutzen die regenerative Energie der wechselnden Wasserspiegel. Dabei wird eine Bucht an der Küste durch einen Damm mit integrierten Wasserturbinen getrennt, welche dann die kinetische Energie des Wassers in Elektrizität umwandeln und verfügbar machen können. Ein Tidenhub von mindestens 5 m ist dafür erforderlich (Dunkhase & Kersten 2006: 10).

Problematisch ist vor allem die Unreife der Forschung in diesem Bereich. Denn weltweit wurden nur wenige Projekte zur Wellen- und Gezeitenenergie durchgeführt, bisher hat Europa diesbezüglich die größten Fortschritte gemacht und verschiedene Prototypen getestet. Außerdem spiegeln die hohen Kosten trotz eingeschränkter Nutzbarkeit im Jahresverlauf, fehlende Sicherheit gekoppelt an wenig Vertrauen potentieller Investoren, sowie viele weitere Herausforderungen die Komplexität des Ganzen wider (Rusu & Venugopal 2019: 1). Kritisch ist auch, dass nur ein geringer Teil der potentiell vorhandenen Energie genutzt werden kann (Bundschuh et al. 1974: 121). Trotzdem wird weiterhin am Wachstum des Sektors gearbeitet (Rusu & Venugopal 2019:1-3). Denn wenn wir herausfinden können wie die Gezeiten effektiv zu nutzen sind, so wäre es in Zukunft möglich zumindest einen Teil unseres Energiebedarfs durch diese saubere Energie zu decken.

Bisher verfügen nur einige wenige geeignete Standorte weltweit über Gezeitenkraftwerke, es folgt eine Auflistung der fünf größten Einrichtungen inklusive der maximal geförderten Energiemengen in Megawatt:

  • Sihwa Lake Tidal Power Station, South Korea – 254 MW
  • La Rance Tidal Power Plant, France – 240 MW
  • Swansea Bay Tidal Lagoon, UK – 240 MW
  • MeyGen Tidal Energy Project, Scotland – 86 MW
  • Annapolis Royal Generating Station, Canada – 20MW (PowerTechnology 2020, U.S. Energy Information Administration 2020)

5 Fazit

Die Gravitation zwischen Erde, Mond und Sonne kennzeichnet sich also durch eine besondere Wirkung auf irdische Prozesse. Ohne das Zusammenspiel der planetaren Massen und ihrer Kräfte, wäre das Leben, wie es heute auf der Erde existiert, nicht möglich. Die Wirkung der Gravitationskräfte ist durch die Parameter Masse und Distanz zur Erde, sowie die bekannte zeitliche Variation der letzteren und daraus resultierende Gezeitenänderungen, vorherzusagen. Dies ist primär für Küstengebiete interessant, macht es der Menschheit aber auch möglich, diese regenerative Energiequelle in Form von umgewandelter Elektrizität durch Gezeitenkraftwerke zu nutzen.

Quellenverzeichnis

Amit Sengupta (2018): How Tides are Formed – Low, High, Neap, Spring Tide | Geography UPSC IAS https://www.youtube.com/watch?v=GPVomM6DBAA [09.01.21]

Baur, O. (2002): Ozeangezeitenlösung aus Bahnstörungen erdnaher Satelliten. Stuttgart https://www.gis.uni-stuttgart.de/lehre/abschlussarbeiten/MSc/BAUR_2002_a.pdf [02.02.21]

Bikos, K., Hocken, V., Jones, G. (2021): What causes tides? https://www.timeanddate.com/astronomy/moon/tides.html. In timeanddate.com (Hg.): The Moon 4. The Moon’s Effect on Tides [04.03.21] [04.03.21]

Bundschuh, V., Meliß, M., Oesterwind, D., Voss, A. (1974): Andere Primärenergiequellen https://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/11682/8106/1/vos8.pdf [02.02.21]

Cano, M. E., Estrada, J. C., Ferreira, E. S., Leyva-Cruz, J. A., Mena, E. A., Quintero, L. H., Santana, R. G., Paz, J. A. (2019): Determining the gravitational effects on tide height on on an estuary and theoretical comparison. https://doi.org/10.31349/RevMexFis.65.489 [17.02.21]

Dunkhase, F., Kersten J. (2006): Erdmessung ||| – Vortrag. Die Gezeiten https://misc.gis.tu-berlin.de/igg/htdocs-kw/fileadmin/Daten_MCA/EM3/Gezeiten.pdf [17.02.21]

CNES, EUMETSAT, JPL, NOAA/NESDIS (2018): Jason-3 Products Handbook https://www.ospo.noaa.gov/Products/documents/hdbk_j3.pdf [17.02.21]

European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (2020): Jason Series. https://www.eumetsat.int/our-satellites/jason-series [17.02.21]

Green and Growing (2018): Tidal Energy: Definition, Concepts, and Facts you should know. https://www.greenandgrowing.org/tidal-energy-definition-facts/ [06.03.21]

MinutePhysics (o.J.): Understand how the Earth remain stable in orbit around the sun.In: Britannica (2021): Orbit https://www.britannica.com/science/orbit-astronomy [07.01.21]

Müller, A. (2014): Gravitation. In: Spektrum (2014): Lexikon der Astronomie. https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/gravitation/150 [05.01.21]

National Aeronautics and Space Administration (2020): Barotropic Global Ocean Tides. https://svs.gsfc.nasa.gov/4821 [15.02.21]

National Oceanic and Atmospheric Administration (2020): Frequency of tides – The lunar day. In: Tides and Water levels https://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_tides/tides05_lunarday.html [04.03.21]

National Oceanic and Atmospheric Administration (2020 a): Gravity, Inertia and the Two Buldges. In: Tides and Water levels https://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_tides/tides03_gravity.html [04.03.21]

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National Oceanic and Atmospheric Administration (2020 b): Tidal Variations – The Influence of Position and Distance. In: Tides and Water levels https://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_tides/tides06_variations.html [05.01.21]

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National Oceanic and Atmospheric Administration (2020 e): What are tides? https://oceanservice.noaa.gov/facts/tides.html [28.12.20]

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PowerTechnology (2020): Tidal giants – the world’s five biggest tidal power plants. https://www.power-technology.com/features/featuretidal-giants-the-worlds-five-biggest-tidal-power-plants-4211218/ [14.02.21]

Rusu, E., Venugopal, V. (2019): Special Issue „Offshore Renewable Energy: Ocean Waves, Tides and Offshore Wind“ https://www.mdpi.com/1996-1073/12/1/182/pdf/1 [17.02.21]

Shirah, G. (2020): Barotopric Global Ocean Tides. In Goddard Space Flight Center und National Aeronautics and Space Administration (Hg.): Barotropic Global Ocean tides. https://svs.gsfc.nasa.gov/4821 [04.03.21]

Space Awareness (2020): Sun, Earth and Moon Model http://www.space-awareness.org/en/activities/1614/sun-earth-and-moon-model/ [09.01.21]

Sumich, J. L. (1996): An introduction to the biology of marine life. S. 32-35

The Week (2020): 139 new dwarf planets found in our solar system https://www.theweek.in/news/sci-tech/2020/03/12/139-new-dwarf-planets-found-in-our-solar-system.html [09.01.21]

Thurman, H. V. (1994): Introductory Oceanography. Aufl. 7. S. 252-276

U.S. Energy Information Administration (2020): Hydropower explained. Tidal power https://www.eia.gov/energyexplained/hydropower/tidal-power.php [03.01.21]

Unser Mond – der Erdtrabant

Gliederung

  1. Einleitung
  2. Charakteristika

2.1. Volumen  

2.2. Masse

2.3. Alter

  1. Entstehungstheorien

3.1. Geschwistertheorie

3.2. Einfangtheorie

3.3. Abspaltungstheorie

3.4. Kollisionstheorie

  1. Mond – spezifisch

4.1. Orbit

4.2. Mondphasen

4.3. Rotation

  1. Forschungsprojekt
  2. Fazit

Literatur

1. Einleitung

Seit Anbeginn der Zeit ist die Menschheit jeher von dem nächtlichen Himmelskörper fasziniert. Erstmals Galileo Galilei hat 1609 einen genaueren Blick auf den Mond geworfen und so bereits damals das Volksbild des Mondes verändert (Planet Wissen 2020). Durch ein Fernrohr stellte er fest, dass der Mond keine glatte Oberfläche hat, was der Volksglaube zu der Zeit war, sondern von Kratern übersäht ist und ein Relief zu erkennen ist. Er veränderte damit das wissenschaftliche Weltbild (Planet Wissen 2020). Bis der Mensch erstmals den Mond betrat vergingen ein paar Jahrhunderte. Zuerst gab es einige erfolgreiche bemannte Raumfahrtmissionen, um dem Mond Stück für Stück näher zu kommen. Am 20. Juli 1969 war es dann soweit, Neil Armstrong, Michael Collins und Edwin Aldrin gelang die erste erfolgreiche Mondlandung (Planet Wissen 2020). Sie sammelten 21 Kilogramm Mondgestein ein, welches die Forschung rund um den Mond auf ein neues Niveau brachte. Danach wurde sich zunehmend genauer mit dem Mond befasst und es wird versucht alles über den Mond mit den zugehörigen Hintergründen herauszufinden. Deswegen gilt es in dieser Abhandlung die Fragen: Warum sieht man nur eine Seite des Mondes? Gibt es Wasser auf der Oberfläche? und Welche Entstehungstheorien kursieren rund um dem Mond? zu klären und diese anschaulich darzustellen.

2. Charakteristika

Im folgenden Abschnitt werden die Charakteristika des Mondes bezüglich des Volumens, der Masse und des Alters dargestellt.

Einleitend besitzt der Mond einen Radius von circa 1.737,1 km (BR Wissen 2019). Die Circa-Angabe beruht darauf das die Formung des Mondes ähnlich zur Erde keine geometrisch korrekte Kugel ist, sondern eher elliptisch geformt ist. Diese Angabe dient dazu, um sich die anderen betrachteten charakteristischen Daten besser vorstellen zu können und es gegebenenfalls in den Kontext von anderen Planeten einzuordnen.

2.1 Volumen

Das Volumen des Mondes beträgt 2,2 x 1010 km³ (BR Wissen 2019), welches ein Volumen von 22 Milliarden km3 entspricht. Die Größe des Volumens erscheint verschwindend gering, wenn man dieses in Relation mit dem der Erde oder anderen Planeten setzt. Verglichen mit der Erde besitzt der Mond nur 2% des Erdvolumens und macht somit nur einen Bruchteil vom Erdvolumen aus.

2.2 Masse

Die Masse des Mondes beträgt rund 7,35 x 1022 kg (BR Wissen 2019), welches 73,5 Trillionen t entspricht. Dies ist lediglich 1,25% der Erdmasse und wirkt damit auch gering. Die Masse wird zudem von der Dichte beeinflusst. Diese ist beim Mond um ein Drittel geringer als bei der Erde, daher entsteht auch der geringe Anteil verglichen mit der Erde. 1m3 Mondgestein wiegt 3,3 t und dies entspricht Zement auf der Erde.

2.3 Alter

Das Alter des Mondes wird auf circa 4,5 Milliarden Jahre geschätzt (BR Wissen 2019). Dieses Alter wurde mithilfe von Gesteinsanalysen verschiedener geologischer Institute durchgeführt und damit wurden auch Theorien widerlegt die besagten, dass der Mond deutlich jünger sei. Mit dem Nachweis des Alters steht fest, das der Mond, geologisch gesehen, kurz nach der Erde entstanden ist. Wie und welche Theorien dahinter stecken werden im nächsten Kapitel behandelt.

3. Entstehungstheorien

Im folgenden Abschnitt werden die unterschiedlichen Theorien zur Entstehung des Mondes, die im Laufe der Erdgeschichte entstanden sind thematisiert. Lediglich werden jene Theorien behandelt, die auch einen wissenschaftlichen Hintergrund besitzen und nicht einzig und allein durch den Volksglauben entstanden.

3.1 Geschwistertheorie

Die Geschwistertheorie wurde 1944 von Carl Friedrich von Weizsäcker aufgestellt. Grundlage der Theorie bildet die Annahme, dass Erde und Mond einen gemeinsamen Ursprung haben und sich zeitgleich entwickelten (DLR e. V. o.J.). Allerdings weist die Theorie schon zu Beginn der Überlegungen Defizite auf. Zum einen kann widerlegt werden, dass beide Himmelskörper sowohl räumlich als auch zeitlich nah beieinander entstanden, da die Entwicklung beider unterschiedlich verlief. Der Unterschied in der Dichte und der Gehalt an leichtflüssigen Elementen ist zu groß als ,dass diese Theorie als plausibel gelten kann (Astronomiefreunde 2000 Waghäusel e.V. 2009).

3.2 Einfangtheorie

Die Einfangtheorie besagt, dass der Mond als Asteroid durch das All flog und mittels der Anziehungskraft der Erde „eingefangen“ wurde, daher stammt der Name der Theorie (DLR e. V. o.J). Anfang des 20. Jahrhunderts wurde diese Theorie zum Diskurs gestellt. Entstanden ist der Mond demnach aus einer solaren Ur-Wolke, die einen geringen Eisenanteil besessen haben soll. Durch die starke Anziehungskraft der Ur-Erde wurde der Asteroid zu einem Erdtrabanten. Eine plausible Erklärung für den hohen Drehimpuls des Erd-Mond-Systems liefert die Einfangtheorie, dennoch ist es problembehaftet, dass es zu keiner Kollision während des Prozesses des Einfangens kam. Laut wissenschaftlichen Berechnungen ist es ein unwahrscheinliches Ereignis, dass es keine Kollision gab und zudem wirkt sich die spezielle Flugbahn des Mondes negativ auf die Plausibilität der Theorie aus (Astronomiefreunde 2000 Waghäusel e.V. 2009).

3.3 Abspaltungstheorie

Die Abspaltungstheorie basiert auf der Annahme, dass aufgrund einer hohen Rotation der Ur-Erde sich der Mond als Art „Tropfen“ abgespalten hat (DLR e. V. o.J). Diese Theorie wurde durch den Sohn von Charles Darwin, Georg Darwin, im 19. Jahrhundert entwickelt. Die junge Ur-Erde rotierte demnach so schnell, dass sich am Äquator ein Tropfen des heißen Magmas ablöste durch die hohen Fliehkräfte. Dieser Tropfen wurde in die Umlaufbahn der Erde geschleudert und kühlte dort ab und es entstand der Mond. Plausibel wirken lässt die Theorie, dass die geringe Dichte des Mondes ähnlich ist wie die des Erdmantels (Astronomiefreunde 2000 Waghäusel e.V. 2009). Dann lässt sich, ebenfalls verglichen mit dem Erdmantelgestein, eine Gleichheit der Sauerstoffisotope feststellen. Außerdem ist mit dieser Theorie die Größe des Mondes gut begründbar. Kritik übt sich bereits an der hohen Rotation der Erde und der damit verbundenen Verlangsamung auf die heutige Geschwindigkeit. Wie die Erde so stark entschleunigt wurde ist fraglich. Außerdem würde der Mond, wenn er vom Äquator abgespalten worden wäre, sich demnach auch in der Äquatorebene um die Erde drehen (Astronomiefreunde 2000 Waghäusel e.V. 2009). Zudem wird mittels der Theorie nicht der hohe Unterschied im Gehalt von flüchtigen Elementen erläutert.

3.4 Kollisionstheorie

Die Kollisionstheorie ist die bis heute als am plausibelsten angesehene Theorie. Demnach war ein enormer Asteroid auf Kollisionskurs mit der sich gerade gebildeten Ur-Erde (DLR e. V. o.J). Der Zusammenstoß glich einem Streifschuss bei dem große Mengen an Material von der Erde aus dem Erdmantel sowie des Asteroiden in den Erdorbit befördert wurden (Hanslmeier 2015: S. 75). Hier bestätigt sich ebenfalls der Teil der Abspaltungstheorie, dass der Mond ein Teil des Erdmantels sein könnte. Der heutige Mond formte sich laut führenden Astrophysikern innerhalb einer kurzen astronomischen Zeitspanne aus den Trümmerteilen (Astronomiefreunde 2000 Waghäusel e.V. 2009). Mittels einer Simulation wurde das Szenario nachgestellt und die Größe des Asteroiden auf etwa die Größe des Mars festgelegt. Bei der Kollision wurde ein Teil der kinetischen Aufprallenergie in Wärme umgesetzt, sodass Erde und Asteroid kurzzeitig ähnlich hell wie die Sonne leuchteten. Teilweise verschmolzen Bestandteile des Impaktors und der Erde miteinander. Plausibel kann der Drehimpuls von Erde und Mond erklärt werden, da durch den Einschlag beides in Rotation gebracht wurde. Außerdem lässt sich die Größe des Mondes in Relation zur Erde erklären, da aus den entstandenen Trümmern sich der Mond bildete (Astronomiefreunde 2000 Waghäusel e.V. 2009). Des Weiteren wird der Orbit des Mondes durch diese Theorie nachgewiesen und erklärt, dass der Mond nicht in Äquatorebene die Erde umkreist. Kritik an dieser Theorie ist soweit nicht vorhanden, da sie in sämtlichen Bereichen logisch und schlüssig ist (Astronomiefreunde 2000 Waghäusel e.V. 2009). Aus diesen Gründen wird sie auch heutzutage als plausibelste Theorie zur Entstehungsgeschichte des Mondes angesehen.

4. Mond – spezifisch

Im folgenden Abschnitt wird genauer auf den Orbit des Mondes, die verschiedenen Mondphasen sowie die Eigenrotation eingegangen und die Frage geklärt, warum man nur eine Seite des Mondes sehen kann.

4.1 Orbit

Orbit oder auch Ekliptik wird die Umlaufbahn des Mondes um die Erde genannt. Es ist eine elliptische Bahn, die stark durch die Gravitationskräfte der Erde beeinflusst wird. Die Mondbahn verläuft um 18 Grad versetzt zur Äquatorebene und zudem ist diese um 5 Grad gegenüber der Bahn der Erde geneigt (De Boer, K.S. 2018) (Hanslmeier 2015: S. 52). Aufgrund des elliptischen Verlaufs ist der Mond mal nah und mal weiter von der Erde entfernt und erscheint dem Betrachter mal größer und mal kleiner. Dieses Phänomen wird bei Vollmond (s. Mondphasen) am stärksten verdeutlicht. Hierzu lässt sich eine Verbildlichung als didaktisches Mittel anbringen, zur verbesserten Vorstellung des Mondorbits.

4.2 Mondphasen

Video 1: Animation der Mondphasen.

Als Mondphasen wird die Änderung der Gestalt des Mondes am Nachthimmel bezeichnet (Planetarium Wolfsburg 2020). Wie auch die Erde, hat der Mond die Sonne als einzige Lichtquelle. Die Reflektion des Lichtes an der Mondoberfläche ist wahrzunehmen indem der Mond in unterschiedlichen Phasen erkennbar (Hanslmeier 2016: S.125f.). Die Mondphasen sind jeden Monat des Jahres verschieden, da der Mondmonat, die Dauer, die der Mond für eine Umrundung um die Erde braucht bei circa 29,53 Tagen liegt (Reichert 2020: S.28). Demnach wird kein Vollmond am beispielsweise 1.7 und 1.8 zu sehen sein.

Abb.2: Mondphasen. (eigene Darstellung nach Planetarium Wolfsburg 2020)

Die verschiedenen Mondphasen sind zum einen der zunehmende Mond, bei dem die beleuchtete Fläche von Nacht zu Nacht zunimmt (s. Abb. 2). Danach folgt der Vollmond, bei dem die beleuchtete Fläche maximal ist und eine komplette Hälfte des Mondes am Nachthimmel zu sehen ist (s. Abb. 2) (Planetarium Wolfsburg 2020). Danach folgt der abnehmende Mond, bei dem der umgekehrte Prozess verglichen mit dem abnehmenden Mond abläuft (s. Abb. 2). Darauf folgt der Neumond, die Phase, in der der Mond nicht zu erkennen ist, da die Rückseite angestrahlt wird, da er sich zwischen Erde und Sonne befindet (Planetarium Wolfsburg 2020). Der Neumond wird auch als Sonnenfinsternis, meist partiell, bezeichnet (Hanslmeier 2015: S. 52). Der Blick von der Erde aus richtet sich auf die selbe Seite, aber diese wird nicht durch die Sonne angestrahlt. Der Zeitdauer von einem Neumond bis zum nächsten wird Lunation genannt (Reichert 2020: S.29). Sonderfälle sind der Superneumond oder der bekanntere Supervollmond. Diese Phasen entstehen, wenn der Mond sich bei Neumond oder Vollmond an der erdnächsten Stelle in seiner Umlaufbahn befindet. Der Supervollmond erscheint als „vergrößerter“ Vollmond (Planetarium Wolfsburg 2020). Das Gegenteil dieser Phasen wird Minineumond oder Minivollmond genannt. Hier ist der Mond an seiner erdfernsten Stelle in seiner Umlaufbahn während der Neumond- oder Vollmondphase. An dieser Stelle lässt sich ein didaktisches Mittel der visuellen Darstellung einbinden, um die Mondphasen noch zu veranschaulichen und eine genaue Vorstellung zu geben. Durch scannen des QR-Codes wird eine animierte Darstellung der Mondphasen sichtbar. 

(eigene Darstellung. Idee von: Reichert 2020: S.30)

4.3 Rotation

Video 2: Die gebundene Rotation.

Das Mysterium der „dunklen Seite des Mondes“ beschäftigt die Menschheit bis heute, obwohl die Frage durch Astronomen durchaus schon geklärt wurde und eine Erklärung naheliegend ist. Als der Mond entstand rotierte er um seine eigene Achse und dies schneller als es die Ur-Erde tat (Welt der Physik 2015) . Aufgrund von Gravitationskräften an den verschiedenen Punkten des unförmigen Mondes und der schnellen Eigenrotation kam es zur Entstehung von zwei „Beulen“, da der Mond zu Beginn aus flüssigem Gestein bestand. Dann erstarrte das Magma, bevor sich diese Beulen zurückbilden konnten.

Abb. 3: gebundene Rotation (Welt der Physik 2015)

Die Gravitationskraft der Erde zog, ähnlich zur Hebelwirkung, an diesen Beulen und bremste damit seine Rotation ab. Dieser Prozess ging so lange bis das heutige Ergebnis eintrat (Welt der Physik 2015). Der Mond dreht sich genauso schnell um sich selbst wie um die Erde (Hanslmeier 2015: S.60). Diese Form der Rotation wird gebundene Rotation genannt und führt dazu, dass nur eine Seite des Mondes von der Erde aus sichtbar ist (Welt der Physik 2015). Der Prozess der Kräfte kann mittels von Pfeilen verdeutlicht werden (s. Abb. 3).

5. Forschungsprojekt

Als Beispiel für ein aktuelles Forschungsprojekt ist das „Artemis program“ der NASA. Hintergrund für diese Mission ist die lange Zeit von 50 Jahren, die es her ist, dass ein Mensch den Mond betreten hat (NASA 2020: S.9f.). In den Folgejahren wurde mittels technischer Ausrüstung die Mondforschung weiter betrieben. Konkret soll hierbei die erste Frau sowie ein weiterer Mann zum Mond geschickt werden. Durch die amerikanische Regierung wurde festgesetzt, dass dies in den nächsten fünf Jahren geschehen soll. Somit ist der Plan der NASA dieses Vorhaben frühstens 2024 umzusetzen unter hinnehmbaren technischen Risiken. Es wird eher mit einem späteren Start in den späten 2020ern gerechnet. Diese Mission soll auch vorbereitend für eine bemannte Marslandung, die anschließend ablaufen soll. Diesbezüglich wird auch ein Lager auf dem Mond aufgeschlagen werden, wo die Astronauten dann einige Zeit leben werden. Das Forschungsprojekt soll der Wissenschaft einige weitere Erkenntnisse bringen, die dann eventuell auf andere Bestandteile des Sonnensystems übertragen werden (NASA 2020: S.33). Ziele, die für die Wissenschaft erreicht werden sollen, sind das Verstehen von planetaren Prozessen und damit verbundene Zyklen. Die Interpretation der Einschlagsgeschichte durch Meteoriten des Erde-Mond-Systems. Das Universum von einem einzigartigen Platz aus zu beobachten. Außerdem soll von der Mondoberfläche die historische Sonne erforscht werden. Dann sollen zahlreiche experimentelle Versuche in der lunaren Umgebung stattfinden (NASA 2020: S. 33). Mittels dieser gesetzten Ziele soll nicht nur der Mond weiter erforscht werden, sondern auch die Forschung rund um das Sonnensystem insbesondere für bevorstehende Marsmissionen vorangetrieben werden.

6. Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Thema des Erdtrabanten, unseres Mondes, durchaus sein „Forschungshoch“ hatte und vor allem im 20. Jahrhundert mit großem Interesse an dem Mond geforscht wurde, sodass sich Alter, Masse, Volumen und andere Charakteristika feststellen ließen. Zudem wurden von vielen Astrowissenschaftlern diverse Theorien zur Entstehungsgeschichte aufgestellt, die die unterschiedlichsten Ansätze aufwiesen. Von einem gemeinsamen Ursprung, eine Art ähnlicher Himmelskörper, über einen durch die Gravitation der Erde eingefangenen Asteroiden oder das der Mond ein „Tropfen“ der Erde sei bis hin zur heutig plausibelsten Theorie, die Kollisionstheorie. Der Mond weist einen individuellen Orbit um die Erde auf, der zu unterschiedlichen Mondphasen, von Neumond bis Vollmond führt. Außerdem wurden Fragen rund um die Rotation und die „dunkle Seite des Mondes“ geklärt.

Literatur

Abb. 1: Graphical Abstract zum Thema “Unser Mond – der Erdtrabant“. (Quellen: s.u. mit Hilfe der Kurzverweise. Zusätzlich: Charakteristika (o.A. o.J. https://www.pngegg.com/es/png-pcfka).

Abb. 2: Mondphasen. (eigene Darstellung nach Planetarium Wolfsburg (2020): Mondphasen. Im aktuellen Quartal.

https://planetarium-wolfsburg.de/de/astronomie-entdecken/mondphasen/)

Abb.3: gebundene Rotation (Welt der Physik (2015): Warum wir immer nur eine Seite des Mondes sehen.

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/gebundene-rotation-des-mondes/)

Aldenhoff, K. (2020): Der Mond: Wie beeinflusst er die Erde und was passiert, wenn er verschwindet? https://www.galileo.tv/weltall/brauchen-wir-den-mond-zum-ueberleben/ [letzter Zugriff: 09.03.2021].

Astronomiefreunde 2000 Waghäusel e.V. (2009): Wie entstand unser Mond?

http://www.afw2000.de/Elemente/2009_12.pdf [letzter Zugriff: 05.01.2021].

BR Wissen (2019): Der Mond. Die wichtigsten Daten des Mondes. https://www.br.de/mond/dossier-mond-zahlen-fakten-100.html [letzter Zugriff: 05.01.2021].

De Boer, K.S. (2018): Bewegungen von Erde und Mond: Zeit, Kalender, Mondphasen, Finsternisse, Gezeiten. Sternwarte Univ. Bonn.

https://astro.uni-bonn.de/~deboer/eida/erdemond.html#mondbahn [letzter Zugriff: 06.01.2021].

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (o.J.): Der Mond bei null Grad Pha­sen­win­kel

https://www.dlr.de/content/de/bilder/2019/4/mond-bei-0-grad-phasenwinkel.html [letzter Zugriff: 06.01.2021].

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (o.J.): Wie entstand der Mond?

https://www.dlr.de/next/desktopdefault.aspx/tabid-6573/10789_read-24353/ [letzter Zugriff: 05.01.2021].

Freistetter, F. (2012): Warum der Mond manchmal auf dem Rücken liegt.

https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2012/02/15/warum-der-mond-manchmal-auf-dem-rucken-liegt/ [letzter Zugriff: 06.01.2021].

Hanslmeier, A. (2015): Der Mond – Begleiter der Erde. In: Hanslmeier, A. (2015): Den Nachthimmel erleben. Springer Spektrum. Berlin, Heidelberg. S.51-81.

Hanslmeier, A. (2016): Die Mechanik des Himmels. In: Hanslmeier, A. (2016): Faszination Astronomie. 2 Aufl. Springer Spektrum. Berlin, Heidelberg. S. 125-139.

NASA (Hrsg.) (2020): Artemis Plan. NASA´s Lunar Exploration Program Overview.

Planet Wissen (2020): Die Geschichte der bemannten Raumfahrt.

https://www.planet-wissen.de/technik/weltraumforschung/bemannte_raumfahrt/index.html [letzter Zugriff: 06.01.2021].

Planetarium Wolfsburg (2020): Mondphasen. Im aktuellen Quartal.

https://planetarium-wolfsburg.de/de/astronomie-entdecken/mondphasen/ [letzter Zugriff: 06.01.2021].

QR-Code: eigene Entwicklung. Hinleitung zu: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Monddurchmesser#/media/Datei%3ALunar_libration_with_phase_Oct_2007.gif

Reichert, U. (2020): Das Supermond-Phänomen. Wie ein Begriff den Blick auf das Faszinierende verstellt. In: Urban, K. (Hrsg.) (2020): Der Mond. Von lunaren Dörfern, Schrammen und Lichtblitzen. Springer Verlag. Berlin. S.25-30.

Video 1: Animation der Mondphasen. https://www.youtube.com/watch?v=a_AoWNacyXE

Video 2: Die gebundene Rotation. https://www.youtube.com/watch?v=SlYRoFoQCfs

Welt der Physik (2015): Warum wir immer nur eine Seite des Mondes sehen.

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/gebundene-rotation-des-mondes/ [letzter Zugriff: 05.01.2021].

Die Sonne, unser Stern

Da zu diesem Thema keine Ausarbeitung zur Verfügung steht, die Inhalte aber für das Verständnis der Themen-übergreifenden Inhalte sinnvoll sind, sei an dieser  Stelle auf Inhalte anderer Medienbeiträge hingewiesen.

https://solarsystem.nasa.gov/solar-system/sun/overview/

https://solarsystem.nasa.gov/solar-system/sun/in-depth/

https://spaceplace.nasa.gov/menu/sun/

https://www.mpg.de/4687717/Sonnenflecken_Ursache

https://www.ardmediathek.de/alpha/video/alpha-centauri/was-sind-sonnenflecken-und-sonnenstuerme/ard-alpha/Y3JpZDovL2JyLmRlL3ZpZGVvL2M4YTE3ZTcwLWRmOTItNDEwOS1hMjU2LWM5NmFiNDYxZjgzMA/

https://www.geo.de/geolino/forschung-und-technik/14570-thma-sonnensystem

Die Erde im Sonnensystem

Da zu diesem Thema keine Ausarbeitung zur Verfügung steht, die Inhalte aber für das Verständnis der Themen-übergreifenden Inhalte sinnvoll sind, sei an dieser  Stelle auf Inhalte anderer Medienbeiträge hingewiesen.

https://solarsystem.nasa.gov/planets/earth/in-depth/

https://solarsystem.nasa.gov/planets/earth/by-the-numbers/

https://solarsystem.nasa.gov/planets/overview/

https://www.geo.de/geolino/quiz-ecke/16708-quiz-bilder-quiz-planeten-unseres-sonnensystems

https://www.geo.de/geolino/forschung-und-technik/4917-rtkl-weltraum-unser-sonnensystem

https://spaceplace.nasa.gov/menu/earth/

Das Polarlicht – ein Beispiel der astronomischen Strahlungseinflüsse auf die Erde

Abb. 1: Graphical Abstract zum Thema der Entstehung von Polarlichtern

Gliederung

  1. Einleitung
  2. Das Polarlicht – ein Bespiel der astronomischen Strahlungseinflüsse auf die Erde
    1. Geschichten über das Polarlicht
    2. Die Eigenschaften des Polarlichts
  3. Das Erdmagnetfeld
  4. Sonne, Sonnenwinde, Sonnenstürme
  5. Weitere Auswirkungen anderer Strahlungseinflüsse
  6. Forschungsprojekte
    1. Forschungsprojekt 1: Polarlichter und Geräusche
    2. Forschungsprojekt 2: Die Gefahr durch Sonnenstürme für unsere Erde
  7. Fazit
  8. Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Polarlichter oder auch aurora borealis (Nordhemisphäre), aurora australis (Südhemisphäre) (vgl. article aurora) faszinieren die Menschen schon seit Jahrhunderten und ihre Erklärungsversuche gehen weit in die Vergangenheit über verschiedene Ansätze zurück. Um bis zur heutigen physikalischen Erklärung zu gelangen hat es etliche Theorien und Forschungsansätze gebraucht. Heute weiß man, dass das Polarlicht aus Ionen und Elektronen besteht, die zu leuchten beginnen und somit wie ein bunter Nebel an den Polen sichtbar sind. Sie sind dabei das Ergebnis von Sonnenwinden und deren Strahlungsauswirkung auf das Erdmagnetfeld. Was das genau bedeutet, wie ein solcher physikalischer Prozess abläuft und was das für Auswirkungen hat, wird im Folgenden erklärt.

2. Das Polarlicht – ein Beispiel der astronomischen Strahlungseinflüsse auf die Erde

Es gab über die Jahrhunderte verschiedenste Ansätze zur Erklärung des Polarlichts. Alles fing mit Mythen, Sagen und dem angeblichen Beweis göttlicher Existenz an. Viele vage Theorien entstanden im Laufe der Zeit, insbesondere physikalische Ansätze entwickelten sich. Einer dieser Ansätze bestand darin, dass das Polarlicht im Zusammenhang mit Elektrizität stehen könnte – obwohl man zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht wusste, was Elektrizität überhaupt war. Ende des 19. Jahrhunderts verstand man jedoch, dass Elektrizität mit der Existenz von Ionen und Elektronen zusammenhängt und ein Strom von Ladungsträgern darstellt. Diese Ladungsträger können Gas zum Leuchten anregen, was ein Meilenstein in der Erklärung des Polarlichts darstellte (Schlegel 2011: 111). Weitere Fortschritte zur Erklärung des Polarlichts lieferte der norwegische Forscher Kristian Birkeland Anfang des 20. Jarhunderts. Er bewies mit einem Experiment, in dem er eine magnetisierte Kugel mit fluoreszierender Farbe beschoss, dass die Pole unter bestimmten Umständen zu leuchten beginnen und elektrisch geladene Teilchen der Grund dafür sind. Lediglich die Annahme Birkelands, dass die Teilchen von der Sonne kämen, wurde später revidiert (Birkeland 1913: 667).

2.1. Geschichten über das Polarlicht

Es gibt sowohl Geschichten von Polarlichtern als auch Polarlichter in der Geschichte. Die Geschichten von Polarlichtern befassen sich in der Regel mit mythischen Sagen und Erklärungen über das tanzende Licht am Himmel (Schlegel 2011: 1 ff.). Zu ihm sind verschiedene Märchen und Deutungen entstanden, die häufig mit der Existenz von Übernatürlichem in Verbindung stehen. Dabei kann das Übernatürliche sowohl ein Vorbote für Positives als auch Negatives sein – je nach Mythos.

In der Geschichte der Polarlichter hingegen geht es um besonders auffällige Polarlichtereignisse oder welche, die in historischen Quellen zu finden sind, wie in der Bibel oder antiken Schriften (Schlegel 2011: 33ff.). Auffällig bei egal welchen Geschichten ist, dass die Polarlichter oft als Feuer im Himmel angesehen werden und teilweise mit dem Erscheinen von Murmel- oder Trommellauten verbunden sind. Die Erklärung des Feuers am Himmel lässt sich leicht mit den verschiedenen Formen und Farben des Polarlichts deuten, das Dasein von Geräuschen wird jedoch bis heute von Naturwissenschaftlichen angezweifelt und in neuen Projekten genauer untersucht.

Abb. 2: https://www.fotocommunity.de/photo/polarlichter-pascal-wieczorek/41721551

2.2. Die Eigenschaften des Polarlichts

Die Formen und Farben von Polarlichtern können variieren. Eine der häufigsten Formen, aus der sich teilweise auch andere ergeben, ist die des ruhigen Bogens, der grünlich am Himmel steht. Dieser Bogen kann sich je nach Strahlungseinfluss in verschiedene Formen und Farben wandeln. Weitere häufige Formen sind spiralähnliche Gebilde oder der so genannte Polarlichtvorhang (Schlegel 2011: 21 ff.). Dabei sind neben der grünlichen Farbe auch noch rote oder violette changierende Farbverläufe möglich. Die extremen Farb- und Formverläufe finden sich dabei in der Regel erst ab dem 60 Breitengrad wieder. Neben dem Stand des Betrachters spielt aber auch die Höhe der sich bewegenden Teilchen eine Rolle. Je nach Höhe verändert sich hierbei die Farbe. Grüne und Violette Farbtöne finden sich überwiegend in einer Höhe von 100-250 km über NN – rote Farbtöne liegen bei weitem höher in etwa 150-400 km Höhe (Schlegel 2011: 138ff.)

3. Das Erdmagnetfeld

Das Erdmagnetfeld umgibt die Erde ähnlich wie es bei einem Stabmagneten der Fall ist – in der Forschung spricht man wegen der zwei Pole von einem Dipolfeld. Wichtig ist dabei, dass es sich bei der weiteren Nutzung des Begriffs „Pol“ nicht um die beiden geographischen Pole (Nord- und Südpol) handelt, sondern um die erdmagnetischen Pole (Liebenstein 2016: 336). Innerhalb dieses großen Magnetfeldes gibt es auch noch ein schwächeres, das durch Ströme der Ionons- und Magnetosphäre ausgelöst wird und für das Polarlicht verantwortlich ist (Schlegel 2011: 104f.). Die Existenz der Ionosphäre wurde 1902 durch Arthur Kennelly und Oliver Heaviside nachgewiesen. Es handelt sich in erster Linie dabei um eine in der oberen Atmosphäre liegenden leitenden Schicht und wurde, ohne es zu wissen, als Übertragungsmedium von Nachrichten von den Kontinenten Europa und Nordamerika genutzt. Diese so genannte Kennelly-Heaviside-Layer wurde erst 1947 von Sir Edward Appleton mithilfe von Radiowellen tatsächlich nachgewiesen (Schlegel 2011: 115).

4. Sonne, Sonnenwinde, Sonnenstürme

Die Sonne besitzt ebenso wie die Erde ein Magnetfeld (interplanetares Magnetfeld), was jedoch im Vergleich zu dem der Erde sehr schwach ist. Außerdem herrschen auf der Sonne durch die Kraft der Kernfusion im Inneren verschiedene Winde, die wir als Sonnenwinde bezeichnen. Diese Sonnenwinde verteilen sich durch den Weltraum und treffen somit auch die Erde, welche jedoch durch das Erdmagnetfeld stark vor den Sonnenwinden geschützt ist. Durch den Effekt, wie es bei einem Stabmagneten der Fall ist (Lorentzkraft), werden die Sonnenwinde in Richtung der Pole abgewandt. Dabei ist es möglich, dass über die Feldlinienverschmelzung Elektronen aus dem Sonnenwind in die Magnetosphäre der Erde eindringen.

Innerhalb dieses Magnetfelds bilden diese Elektronen dann mit den vorhandenen Ionen ein Teilchenreservoir. An dem Punkt, wo es zu der Feldlinienverschmelzung kommt, treten daher besonders häufig Polarlichter auf. Man muss sich das ganze wie eine Art Dynamo vorstellen, weil durch das Eintreten der Elektronen in die Magnetosphäre die Teilchen beschleunigt werden und durch die Hitze beginne zu leuchten. Deutlich wird dieser beschriebene Prozess in Abbildung 1 (Schlegel 2011: 155ff.)

Abb. 3: (Schlegel 2011: 156)

Besondere Polarlichtereignisse treten daher dann auf, wenn sich auf der Sonne besondere Ereignisse z.B. Sonnenstürme. Sonnenstürme sind explosionsartige Eruptionen, die Gasblasen in den Weltraum freisetzen. Wir erkennen diese als seltsame Flecken auf der Sonne und bereits im 19. Jahrhundert wurde ein Zusammenhang der Flecken mit dem Polarlicht festgestellt (Schlegel 2011: S. 108). Die Sonnenstürme verursachen beim Auftreffen auf das Erdmagnetfeld so starke Verformung des Erdmagnetfeldes, dass es sogar möglich wird, Polarlichter in unseren geographischen Breiten (z.B. in Mitteleuropa) zu beobachten. Das letzte Polarlicht, dass wir hier in Deutschland mit dem bloßen Auge sehen konnten, ereignete sich in der Nacht vom 3. auf den 04. August 2010 (Schlegel 2011: 164 ff.).

5. Weitere Auswirkungen anderer Strahlungseinflüsse

Auch andere Teilchen und Strahlungen gehen von der Sonne aus, nicht nur die Sonnenwinde. Diese Strahlungen nennt man: Wärmestrahlung, Licht, Ultraviolettstrahlen und Röntgenstrahlen (siehe Abb. 2). Unser irdisches Wetter wird dabei insbesondere von der Wärmestrahlung und dem sichtbaren Licht beeinflusst, die durch die Absorption in der Troposphäre Temperatur- und Druckunterschiede entstehen lassen. Man könnte also sagen, ohne Strahlungseinflüsse hätten wir hier unten auf der Erde große Schwierigkeiten zu überleben (Völkle 2011: 77).

Abb. 4: (Schlegel 2011:172)

Das Polarlicht bildet jedoch nicht den einzigen nachweislichen Weltraumwettereffekt, den wir kennen. Unsere Erde umgibt z.B. ein Stromsystem in der Magnetosphäre, den polaren Elektrojet. Dieser ist u.a. die Primärspule für unseren Wechselstrom dar. Damit kann das Weltraumwetter einen enormen Einfluss auf unsere Elektrogeräte auslösen und diese theoretisch sogar unbrauchbar machen (siehe Abb. 3). Ein Beispiel dafür ist der Sonnensturm im März 1989, der das komplette Stromnetz der Province Quebec in Kanada unterbrach (Schlegel 2000: 222-226).

Abb. 5: (Schlegel 2011: 178)

Neben Einflüssen der Sonne auf das Weltraumwetter, gibt es jedoch auch noch viele weitere wie den Einfluss der UV-, Röntgen- und Gammastrahlung der Milchstraße auf unser Leben auf der Erde. Auch von der Milchstraße gehen diese Wellen aus und bedingen damit ebenfalls das Erdmagnetfeld (Schlegel 2011: 184). Leider kann man all diese Ereignisse des Weltraumwetters bisher noch nicht zuverlässig vorhersagen, auch wenn in den letzten Jahren enorme Fortschritte erreicht wurden.

6. Forschungsprojekte

6.1. Forschungsprojekt 1: Polarlichter und Geräusche

Immer wieder berichten Augenzeugen von Geräuschen während des Betrachtens der Polarlichter. Diese reichen von einem Knall über Trommelwirbel bis hin zu einem Rauschen. Bisher wurde davon ausgegangen, dass es sich bei den Geräuschen um Täuschungen handelt, jetzt wurden und werden diese jedoch genauer untersucht (Lenz 2013).

Mittlerweile gehen Forscher davon aus, dass es für das Wahrnehmen der Geräusche verschiedene Voraussetzungen wie die Intensität des Sonnenwindes und der aktuellen Wetterlage bedarf. So wie der bisherige Stand der Forschung ist, sieht es so aus, als würde kurz vor dem Auftreten der Geräusche eine Art elektrische Entladung, mit einem Gewitter vergleichbar, auftreten (Meyer 2020).

6.2. Forschungsprojekt 2: Die Gefahr durch Sonnenstürme für unsere Erde

Mittlerweile ist bekannt, dass Sonnenstürme insbesondere unsere Elektronik stark beeinflussen können. Ein Beispiel dafür wurde bereits erwähnt, der Stromausfall 1989 in Kanada. Ziel der heutigen Forschung ist es herauszufinden, wie man solche enormen Wetterereignisse im Weltraum vorhersagen kann, um uns bestmöglich dagegen zu schützen – soweit dies überhaupt möglich ist. Was wir bisher über die Sonnenstürme wissen ist nicht viel: Sie lösen in erster Linie keine drastischen Gesundheitsschäden aus, unsere Telekommunikation und Elektronik wird stark beeinflusst und alle 100 bis 200 Jahre tritt ein besonders starker Sonnensturm auf. Grund dafür ist stets eine große Eruption auf der Sonne, die den sonst normalen Sonnenwind in einen Sturm verwandelt (mdr 2019).

7. Fazit

Festzuhalten bleibt, dass die Strahlung innerhalb des Weltraums, insbesondere ausgehend von der Sonne, einen großen Einfluss auf unser Leben nimmt. Zum Glück können wir sagen, dass wir durch verschiedene physikalische Mechanismen der Atmosphäre gut gegen diese Einflüsse geschützt sind, da ein Leben auf der Erde sonst nicht möglich wäre. Ein für den Menschen mit bloßen Augen sichtbares physikalisches Ereignis ist das Polarlicht. Dieses hängt mit verschiedenen physikalischen Einflüssen im Weltraumgeschehen zusammen und veranschaulicht diesen Prozesse daher sehr gut, weshalb ich meinen Fokus der Arbeit daraufgelegt habe.

8. Literaturverzeichnis

  • Birkeland, K.: The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902– 1903, Volume 1, Section 2, 667, Christiania, 1913.
  • Schlegel, Birgit; Schlegel, Kristian (2011): Polarlichter zwischen Wunder und Wirklichkeit. Kulturgeschichte und Physik einer Himmelserscheinung. Heidelberg.
  • Schlegel, K.: Wenn die Sonne verrückt spielt. Physik in unserer Zeit, 5, 222–226, 2000. von Liebenstein, Reinhard (2016): Das magnetische Feld. In: Plaßmann, W.; Schulz, D: Handbuch Elektrotechnik. Wiesbaden.
  • Völkle, H. (2011): Die kosmische Strahlung. In: Bulletin der Naturforschenden Gesellschaft Freiburg. Band 100. S. 75-109.

  • Augsburger Allgemeine (2014): Was ist ein Sonnensturm – wie gefährlich ist er?: https://www.augsburger-allgemeine.de/wissenschaft/Was-ist-ein-Sonnensturm-wiegefaehrlich-ist-er-id31309822.html.
  • Barwanietz, U. (2017): Das Geräusch der Polarlichter: https://www.swr.de/swr2/wissen/article-swr-12454.html.
  • Encyclopedia of the Antartic, Artikel Aurora (engl.): http:// cw.routledge.com/ref/antarctic/aurora.html.
  • Fotocommunity Polarlichtbild: https://www.fotocommunity.de/photo/polarlichter-pascal-wieczorek/41721551.
  • Gerber, O. (2016): Lassen sich Nordlichter hören?: https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/lassen-sich-nordlichterhoeren/.
  • Lenz, D. (2013): Polarlichter verursachen Geräusche: https://www.forschung-undwissen.de/nachrichten/astronomie/polarlichter-verursachen-geraeusche-13371862.
  • Mdr (2019): Mega-Sonnenstürme – Die Gefahr aus dem Weltall: https://www.mdr.de/wissen/faszination-technik/mega-sonnenstuerme-und-ihrefolgen-100.html.
  • Meyer, G. (2020): So entstehen die Klänge des Nordlichts: https://www.welt.de/wissenschaft/article178259152/Polarlichter-Warum-erzeugensie-manchmal-Klaenge.html.
  • Simpleclub (2014): Die Lorentzkraft & Die Linke-Hand-Regel: https://www.youtube.com/watch?v=snM3g4zWeNw.
  • Simpleclub (2014): Polarlichter/Nordlichter – Wie entstehen sie?: https://www.youtube.com/watch?v=G6jhwaYvGwo.
  • Terra X (2020): Wie Polarlichter entstehen: https://www.youtube.com/watch?v=gixNSiqdyVU.
  • Wilde, A. (2016): Die Gefahr durch Sonnenstürme für unsere Technik: tagesspiegel.de/wissen/weltraumwetter-die-gefahr-durch-sonnenstuerme-fuerunsere-technik/13955920.html.
  • Zgrzendek, D. (2020): Können Polarlichter gefährlich werden?: https://sonnensturm.info/koennen-polarlichter-gefaehrlich-werden-6142.

Das elektromagnetische Strahlungsspektrum

Abbildung 1 Das elektromagnetische Strahlungsspektrum

  1. Einleitung in die Thematik
    Strahlung im Alltag und Relevanz des Themas für Mensch und Erde
  2. Theoretische Grundlagen
  3. Strahlungsspektrum der Sonne
  4. Entstehung von Strahlung
  5. Forschungsprojekt
  6. Fazit
  7. Literaturverzeichnis

1. Relevanz für die Menschen und die Erde


Die Sonne ist ein essenzieller Baustein für das Leben auf der Erde. Wenn es die Sonne nicht geben würde, dann würde es auch kein Licht, keine Wärme und kein Leben auf dem Planeten Erde geben. Es wäre nicht mal klar, ob es überhaupt die Erde als Planeten geben würde. Aber wenn ja, dann würden sie keineswegs so aussehen, wie sie heute ausschaut (Hanslmeier 2016: 141). Unsere Sonn
produziert eine gewaltige Energiemenge von 1,5 x 10⁹ kWh
im Jahr. Diese Menge an Energie kann den Energiebedarf
der Erde 10.000-mal decken. Solare Energie wird in Form
von Wellen aus der Sonne abgesandt und erreicht die Erde.
Der Grund, weshalb die Strahlungsenergie die Erde erreicht
liegt am Medium Weltall. Der luftleere Weltraum ermöglicht der Strahlung sich ungehindert zu verbreiten und eine weite Entfernung problemlos zurückzulegen (Malberg 1997: 36). Trotzdem spielen weitere Faktoren, wie zum Beispiel die Tageszeit oder der Eintrittswinkel der Strahlen eine wichtige Rolle. Das hat zur Folge, dass bestimmte Bereiche unserer Erde mehr Sonnenenergie ausgesetzt sind als andere. Ein bekanntes Beispiel ist die Sahara-Wüste, die mehr als doppelt so viel Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, als Mitteleuropa. Das macht die Sahara zu einem guten Standort für Photovoltaikanlagen, die in Europa weniger effektiv sind. Die Sonne spielt eine wichtige Rolle für unsere Strom- und Energiegewinnung sowohl in der heutigen Zeit als auch in der Zukunft. Sonnenenergie wird immer relevanter, da sie eine erneuerbare und nachhaltige Energiegewinnung ermöglicht. Vor allem zur Zeit des Klimawandels und der Energiewende spielt die Sonne eine essenzielle Rolle für die Menschen, aber auch für die Natur und die Erde an sich (Zapreva, Stadler, Hammerling 2015: 524f).

FWU – Das elektromagnetische Spektrum – Trailer https://www.youtube.com/watch?v=KrgD7FmFUnE

2. Theoretische Grundlagen

Strahlung unterscheidet sich im wesentlich in Wellenlänge und Frequenz. Radiowellen und Mikrowellen haben eine relativ große Wellenlänge, die mehrere Centimeter oder auch hundert Meter lang sein können. Diese Arten von Strahlung kann der Mensch weder spüren oder in irgendeiner Weise wahrnehmen. Die Frequenz ist einfach zu niedrig, um den menschlichen Körper beeinflussen zu können. Nur bestimmte Wellenlängen kann der menschliche Körper Wärme auf der Haut spüren, jedoch nicht mit dem Auge wahrnehmen. Die einzigen Strahlen, die Menschen mit dem Auge wahrnehmen können, befinden sich im Bereich des sichtbaren Lichts. Es ist nur ein sehr winziger Bereich im elektromagnetischen Spektrum, der zwischen einer Wellenlänge von 0,4µm und 0,76µm liegt. Alle Wellenlängen, die unter oder oberhalb dieser Grenze liegen, können mit dem menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden. UV- Strahlung, Röntgenstrahlung und Gamma-Strahlung haben eine kleinere Wellenlänge als das sichtbare Licht und eine höhere Frequenz. Diese Arten von Strahlung nennt man auch „ionisierende Strahlung“, da sie die Fähigkeit haben Atome zu verändern. Sie haben so viel Energie, dass sie Atome und Moleküle zerlegen können und den menschlichen Körper damit stark beeinflussen. Diese Beeinflussung reicht vom leichten Sonnenbrand bis hin zu der Krankheit Krebs (Lauterbach 2020: 14f.). Doch solare Strahlung ist nicht die einzige Strahlung, die unseren Planeten beeinflusst. Neben der solaren Strahlung gibt es noch kosmische Strahlung, von der unsere Erde ebenfalls bestrahlt wird. Kosmische Strahlung besteht aus ca. 98% ionisierender Strahlung, die wiederrum zum größten Teil aus Gamma-Strahlung besteht. Die Quelle der kosmischen Strahlung ist jedoch nicht genau bekannt. Man geht davon aus, dass der größte Teil aus unserer Galaxie stammt. Es gibt aber auch extragalaktische Quellen, wie zum Beispiel andere Galaxien oder Sternenansammlungen. (Spatschek 2018: 131).

3. Strahlungsspektrum der Sonne

Abbildung 1 Das Strahlungsspektrum der Sonne (Nach Kraus 2004)

Die Energie, welche in der Sonne freigesetzt wird, sind elektromagnetische Wellen. Dabei entstehen mehrere Arten von Wellen, die von Gamma-Strahlung bis hin zu den Radiowellen reichen. Die Strahlung differenziert sich durch die Wellenlänge und die Frequenz der Wellen. Langwellige Strahlung, wie zum Beispiel die Radiowellen oder die Mikrowellen, haben eine relativ niedrige Frequenz. Kurzwellige Strahlung, wie zu Beispiel die Gamma-Strahlung oder die Röntgenstrahlung, hat jedoch eine relativ hohe Frequenz (Malberg 1997: 36). Die GammaStrahlung hat mit <10−4 µm die kleinste Wellenlänge im gesamten Strahlungsspektrum und gleichzeitig die höchste Frequenz. Die Röntgenstrahlung hat mit 10−5 µm bis 10−1 µm eine etwas längere Wellenlänge aber auch eine geringere Frequenz. Die UV-Strahlung hat eine Wellenlänge von 0,1 µm bis 0,4 µm. Gamma-Strahlung, Röntgenstrahlung und UV-Strahlung gehören zu den ionisierenden Strahlen. Durch ihre Fähigkeit, Moleküle in ihre Bestandteile zu zerlegen, sind diese Arten für den Menschen besonders gefährlich. Aber auch für andere Lebewesen ist ionisierende Strahlung gefährlich, denn durch die Strahlung können Zellen beschädigt werden. Je nach Eindringtiefe der Strahlung kann der Zellkern beschädigt werden und die Erbinformation verändert werden (Schneider, Burkart 1998: 720f.). Im Bereich von 0,4 µm bis 0,76 µm liegen die Wellen, die wir Menschen mit unseren Augen wahrnehmen können. Aus diesem Grund wird dieser Bereich sichtbares Licht genannt. Je nach Wellenlänge können wir unterschiedliche Farben wahrnehmen. So hat zum Beispiel die Farbe violett die kleinste Wellenlänge und die Farbe rot die größte Wellenlänge. Betrachtet man das komplette Strahlungsspektrum erkennt man, dass der Bereich des sichtbaren Lichts sehr schmal ist. Ab einer Wellenlänge von 0,76 µm bis 1000 µm liegt der Bereich der Infrarot-Strahlung. Liegt die Wellenlänge zwischen 1cm und 1m spricht man von Mikrowellen. Alle Wellen, die eine Wellenlänge von über 1m haben, werden Radiowellen genannt. Die Radiowellen haben die größte Wellenlänge und die niedrigsten Frequenzen im Strahlungsspektrum (Kraus 2004: 96).

4. Entstehung von Solarer Strahlung


Strahlung entsteht nicht einfach aus dem Nichts, sondern hat wie alles einen Ursprung. Die solare Strahlung hat ihren Ursprung in der Sonne. Im inneren der Sonne entsteht Strahlung durch das Kollidieren von Atomen. Diesen Prozess bezeichnet man als Kernfusion, welche die Quelle der Solaren Strahlung ist (Hanslmeier 2016: 157). Im Inneren der Sonne verschmelzen mehrere Wasserstoffatome miteinander, die jeweils aus einem Proton bestehen. Verschmelzen zwei Wasserstoffatome miteinander, nennt man es ein Deuteron. Bei der Verschmelzung von drei Wasserstoffatomen, nennt man es ein Tritium. Fusionieren jetzt das Deuteron und das Tritium, entsteht ein Helium-4 Atom und es wird Neutron freigegeben. Zudem wird Energie in Form von elektromagnetsicher Strahlung freigesetzt. Diese elektromagnetische Strahlung wird in Form von Wellen von der Sonne ausgesandt und erreicht unter anderem auch unseren Planeten. Durch den Prozess der Kernfusion wandelt die Sonne Wasserstoffatome in
Heliumatome um, und setzt dabei Energie frei. Durch das Abgeben von Neutronen und Energie verliert die Sonne an Masse, weshalb sie dauerhaft schrumpft (Lemmer B., Bahr B., Piccolo R.
2017: 179f.).

Kernfusion – Wie funktioniert die Sonne? https://www.youtube.com/watch?v=RrtmeUU_piM

 

5. Forschungsprojekt „Strahlentherapie“

Seit mehreren Jahrzehnten ist uns bewusst, dass Strahlung sehr gesundheitsgefährdend ist und Krebs verursachen kann. Paradoxerweise wird bei einer Strahlungstherapie ionisierende Strahlung verwendet, um Krebs zu bekämpfen. Die Strahlungstherapie gehört zu den wichtigsten Heilmethoden gegen Krebs. Die Strahlungstherapie begrenzt sich dabei aber auf lokalen Krebs, während die Chemotherapie systematisch im Körper vorgeht. Oft wird auch die Strahlungstherapie zusammen mit der Chemotherapie angewendet, um Krebsarten zu bekämpfen. Bei einer Strahlungstherapie werden Krebszellen mit ionisierender Strahlung bestrahlt, wobei die Erbsubstanz zerstört wird. Wenn die Erbsubstanz der Krebszellen nicht mehr vorhanden ist, kann sich der Krebs auch nicht mehr verbreiten. Der Nachteil an der Strahlungstherapie ist, dass auch gesunde Zellen von der ionisierenden Strahlung beschädigt werden können. Die gesunden Zellen können sich aber nach einer gewissen Zeit wieder regenerieren. Aus diesem Grund werden mehrere Einzelsitzungen durchgeführt und die gesamte Strahlungsdosis nicht in einer einzigen Sitzung abgegeben. Je nach Krebsart und Tumorstadium werden unterschiedliche Strahlungstherapien durchgeführt.  (Die Strahlentherapie bei Krebs | DKG (krebsgesellschaft.de)

 

 

6. Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die verschiedenen Arten der Strahlung viele positive und negative Aspekte für den Menschen mitbringen. Auch wenn wir den größten Teil des Strahlungsspektrum nicht wahrnehmen können, ziehen wir uns trotzdem einen Nutzen aus ihr. Die meisten elektronischen Geräte würden nie ohne Strahlung funktionieren. Der Fernseher, das Telefon, die Mikrowelle und viele weitere Sachen, die mit Strahlung funktionieren, würden ohne sie nicht möglich sein. Aber auch die Farben, die wir täglich sehen, würden wir ohne Strahlung nicht wahrnehmen können. Strahlung hat aber auch lebensgefährliche Eigenschaften, die für uns Menschen sogar tödlich sein können. Je nach Intensität der Strahlung, können unterschiedliche Krankheiten bei Menschen und anderen Lebewesen ausgelöst werden. Unsere Atmosphäre filtert glücklicherweise Strahlung, die für den Menschen gefährlich ist. Durch den technologischen Fortschritt ist es für uns Menschen möglich geworden, mehr über Strahlung herauszufinden und sie zu nutzen. Trotzdem darf die Strahlung vom Menschen nicht unterschätzt werden, da wir sie nicht vollkommen kontrollieren können. 

 

 

 

7. Literaturverzeichnis 

➢ Bundesamt für Strahlenschutz:
https://www.bfs.de/DE/themen/opt/uv/wirkung/langfristig/langfristig.html

➢ Hanslmeier, A (2016): Faszination Astronomie. Ein topaktueller Einstieg für alle
naturwissenschaftlich Interessierten, Graz, S.141

➢ Kraus, H (2004): Die Atmosphäre der Erde S.96

➢ Lauterbach, T (2020): Radioastronomie. Grundlagen, Technik und
Beobachtungsmöglichkeiten kleiner Radioteleskope, Wiesbaden, S.14f.

➢ Lemmer B., Bahr B., Piccolo R. (2017) Kernfusion. In: Quirky Quarks. Springer,
Berlin, Heidelberg.

➢ Malberg, H (1997): Meteorologie und Klimatologie, Berlin, S.36f.

➢ Schneider, G., Burkart, W. Gesundheitliche Risiken ionisierender
Strahlung. Radiologe 38, 719–725 (1998)

➢ Spatschek, K (2018): Kosmische Strahlung, Düsseldorf, S.131

➢ Zapreva, S., Stadler, J. & Hammerling, R. Mit der Kraft der Sonne. HMD 52, 524f.

➢https://www.krebsgesellschaft.de/onko-internetportal/basis-informationen-krebs/therapieformen/strahlentherapie-bei-krebs.html 

Abbildung 2:

➢https://www.elitec.at/de/info/Die +5+wichtigsten +Fakten+%C3%BCber+Infrarot- W%C3%A4rme

Erdnahe Objekte, Meteore und Impakte

Abb. 1: Graphical Abstract zum Thema Erdnahe Objekte, Meteore und Impakte. Eigene Darstellung, Quellen der Bilder: Asteroid Bennu (1.v.l): (NASA 2018); Asteroid Ida (2.v.l): (NASA/JPL 1996); Komet (1969 R1) (1.v.l): (ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA 2015); Komet NEOWISE (2.v.l): (Ziegenbalg 2020); Pan-STARRS Observatory: (Ratkowski 2016); Meteoroid: (ESA/NASA 2001); Meteor: (Eberth 2016); Bolid: (Grau & Basilicofresco 2010); Meteorit: (Raab 2005); Barringer Crater: (Roddy o. J.).

Gliederung

  1. Einleitung und Klassifikation
  2. Erdnahe Objekte
    1. Detektion und Überwachung Erdnaher Objekte: Pan-STARRS und Sentry
    2. Raumsonde OSIRIS-REx
  3. Meteoroiden, Meteore und Meteoriten
  4. Impakte auf der Erde
  5. Fazit
  6. Literatur

1 Einleitung und Klassifikation

Das Minor Planet Center (2021) zählte im Januar 2021 etwa 2.200 potenziell gefährliche Asteroiden die sich auf erdnahen Bahnen befinden. Für die nächsten 100 Jahre wird für keines dieser Objekte eine Einschlagswahrscheinlichkeit auf der Erde größer als 5 % berechnet (NASA JPL CNEOS 2020), doch waren die Auswirkungen von Kollisionen der Erde mit anderen Himmelskörpern für die Erdgeschichte elementar, und stellen eine potenzielle Gefahr für die Menschheit dar (Chapmann 2004). Deutlich alltagsnäher sind Kollisionen von kleinen Staub- und Gesteinsteilchen mit der Erdatmosphäre (IMO 2021), die überwiegend Nachts als Sternschnuppen und selten Feuerbälle wahrgenommen werden können. In diesem Beitrag sollen ein Überblick über erdnahe Objekte und zwei Beispiele aktueller Forschungsarbeit zu ihnen, Einschläge (Impakte) extraterrestrischer Objekte auf die Erde und den resultierenden Auswirkungen gegeben werden. Zunächst ist eine Klassifikation der Untersuchungsgegenstände notwendig: Der Fokus liegt dabei auf den zentralen Unterschieden zwischen erdnahen Objekten, die für das Verständnis grundlegend sind. Die Klassifikation von Meteoroiden, Meteoren und Meteoriten ist in das eigene Kapitel 3 ausgegliedert.

Abb. 2: Resolution B5 der IAU (IAU 2006)
[Für die Vollansicht anklicken]

Im Jahr 2006 veröffentlichte die Internationale Astronomische Union (IAU) die Resolution B5: „Definition of a Planet in the Solar System“ (IAU 2006). Punkt 1 und 2 der Resolution widmen sich dabei den Planeten und Zwergplaneten, während in Punkt 3 alle anderen die Sonne umkreisenden Objekte, unter dem Sammelbegriff Small Solar System Bodies zusammengefasst werden. Von diesen, im Deutschen als Kleinkörper bezeichneten Objekten (Hanslmeier 2016: 101) ausgenommen sind Satelliten im Sinne natürlicher Monde (Erdmond, Jupitermonde, etc.).

Abb. 3: Aufnahme des Galileo Orbiter vom Asteroiden 234 Ida aus etwa 10.000 km Entfernung am 28. August 1993 (NASA/JPL 1996).

Die prominentesten Vertreter der Kleinkörper sind die Asteroiden (im Deutschen auch Kleinplaneten (Hanslmeier 2020: 232)): wenige Meter bis 1000 km große, unregelmäßig geformte Himmelskörper die vornehmlich aus Stein und Metallen bestehen (Harris 2013; NASA JPL CNEOS o. J.). Es wird angenommen, dass sie wie Kometen Überreste der Entstehung des Sonnensystems sind (NASA JPL CNEOS o. J.). Im Unterschied zu Asteroiden stammen Kometen aus äußeren Bereichen des Sonnensystems und besitzen einen Kern (Nukleus) aus Eis, Gestein und Staub (Weissman 2013). Ist die Distanz zur Sonne gering genug, verdampft Material des Nukleus durch die einwirkende elektromagnetische Strahlung, bildet eine Hülle aus Eis und Staub (Koma) und hinterlässt einen Staubschweif sowie einen Ionenschweif (Hanslmeier 2016: 113; NASA JPL CNEOS o. J.; Weissman 2013) (siehe Kometenaufbau in Abb. 4).

Abb. 4: Aufbau eines Kometen, C/2020 F3 (NEOWISE) (Ziegenbalg 2020, CC BY-SA 4.0), ergänzt um Begriffe nach Weissmann (2013)

Abb. 5: Aufnahme der Rosetta-Raumsonde vom Kometen 67P/CHURYUMOV-GERASIMENKO 1 (1969 R1). Die Helle Fontäne schleudert Staub in die Koma des Kometen. (ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA 2015, CC BY-SA 4.0)

2 Erdnahe Objekte

Unter erdnahen Objekten (engl. NEO für Near Earth Object) werden Asteroiden (NEA für Near Earth Asteroid) und Kometen (NEC für Near Earth Comet) verstanden, die auf ihrer Bahn der Sonne näher als 1.3 Astronomische Einheiten (engl. Astronomical Unit: 1 AU ~1.5 Mio. km) kommen (NASA JPL CNEOS 2021a). Von den im Sonnensystem bis Anfang 2021 entdeckten 1 030 919 Kleinkörpern befindet sich mit 93.9 % der Großteil im Haupt-Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter (Minor Planet Center 2021). 2.4 % werden als erdnahe Objekte eingestuft, dabei sind NEA mit 24 383 beobachteten Objekten gegenüber 110 NEC deutlich häufiger. Weil NEO auf ihren Flugbahnen der Erde näher kommen als andere Kleinkörper, ist ihre Erforschung und Observation zur Vorhersage von künftigen Einschlägen ein wichtiger Bestandteil der Arbeit nationaler und internationaler Weltraumorganisationen wie ESA und NASA und anderer Forschungseinrichtungen (ESA o. J. a; NASA 2019).

2.1 Detektion und Überwachung Erdnaher Objekte: Pan-STARRS und Sentry

Abb. 6: Pan-STARRS1 Observatory auf Haleakala, Maui im Sonnenuntergang. Foto von Ratkowski (2016)

Das Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System (Pan-STARRS) ist ein Forschungsprojekt zur Himmelsbeobachtung auf Hawaii. Es besteht aus zwei Teleskopen mit je 1.8 m Hauptspiegeldurchmesser (Space Telescope Science Institute 2020) und wird vom Institut für Astronomie der Universität Hawaii betrieben. Die Finanzierung erfolgt zum Großteil durch das Near-Earth Object Observations Program der NASA sowie ein Konsortium verschiedener Einrichtungen, dem auch das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg angehört (IfA, University of Hawaii o. J.; Max-Planck-Institut o. J.; NASA 2019). Die Observation von 2010 bis 2014 mit dem ersten der zwei baugleichen Teleskope (PS1, siehe Abbildung 6) diente unter anderem der photo- und astrometrischen Untersuchung von Sternen, dunkler Energie und dunkler Materie sowie der Observation des Sonnensystems (Chambers et al. 2016). Die Suche nach erdnahen Objekten und potenziell gefährlichen Asteroiden wurde nach Beendigung der ersten Phase zur Hauptaufgabe für das Teleskopsystem (IfA, University of Hawaii o. J.). Alle Observationsdaten des PS1 Teleskops sind im Internet unter https://panstarrs.stsci.edu/ frei verfügbar (Space Telescope Science Institute 2020). Im Mai 2018 konnte das zweite Teleskop (PS2) in Betrieb genommen werden (IfA, University of Hawaii 2021; IfA, University of Hawaii 2013). Seit Pan-STARRS 2014 primär der Suche nach NEOs gewidmet wurde, konnten mit ihm insgesamt 320 000 der heute etwa eine Million bekannten Asteroiden (IfA, University of Hawaii 2021), und seit 2010 circa 6 600 erdnahe Asteroiden (NASA JPL CNEOS 2021b) entdeckt werden.
Daten von Observationsprogrammen wie Pan-STARRS werden in der Datenbank des Minor Planet Center gesammelt und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt (Minor Planet Center 2021). Das automatische Monitoringsystem der NASA für erdnahe Objekte „Sentry“ berechnet aus dem daraus entstehenden Datensatz die wahrscheinlichsten Orbits aller erdnahen Objekte für die nächsten 100 oder mehr Jahre, und aktualisiert diese automatisch bei neuen Beobachtungsdaten. Zusätzlich leitet es für jedes erfasste Objekt die Einschlagwahrscheinlichkeit ab (NASA JPL CNEOS 2020). Informationen über Annäherungen mit geringen Entfernungen (engl. close approaches) und Impaktwahrscheinlichkeiten der NEOs werden vom Center for Near Earth Object Studies unter https://cneos.jpl.nasa.gov/sentry/vi.html und https://cneos.jpl.nasa.gov/ca/intro.html bereitgestellt.

2.2 Raumsonde OSIRIS-REx

Der Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security–Regolith Explorer (OSIRIS-REx) ist eine aktive NASA-Raumsonde, die am 8. September 2016 gestartet wurde und im Dezember 2018 ihr Untersuchungsobjekt – den Asteroiden (101955) Bennu – erreichte (University of Arizona 2021). Die Missionsziele bestehen unter anderem darin, eine Probe des Asteroiden zur Erde zu bringen, ihn zu kartieren, der Erforschung des Yarkovsky Effekt (siehe Abbildung 8) und des Vergleichs von atmosphärisch beeinflussten irdischen Messdaten mit unverfälschten Daten vor Ort (Lauretta et al. 2017).

Abb. 7: Die Mission OSIRIS-REx: Raumsonde und Asteroid (101955) Bennu. Eigene Darstellung. Bild Bennu: NASA (2018); Bild OSIRIS-REx: NASA et al. (2016)

Abb. 8: Darstellung des Yarkovsky Effekts (Angelich & NRAO/AUI/NSF 2013, CC BY 3.0). Die Sonnen zugewandte Seite absorbiert Wärme und gibt sie, durch die kontinuierliche Rotation des Asteroiden, auf der Sonnen abgewandten Seite wieder frei (Emission). Dadurch entsteht ein stetiger kleiner Schub (Yarkovsky Drift), welcher den Orbit des Körpers verändert. Erklärung nach Lauretta et al. (2017).

Von besonderem Forschungsinteresse ist Bennu, da vermutet wird, dass er aufgrund seiner, bei Spektralanalysen als kohlenstoffreich identifizierten Zusammensetzung, wichtige Erkenntnisse über die Frühphase der Planetenentstehung im Sonnensystem liefern kann (Clark et al. 2011; Hergenrother et al. 2014: 5; Lauretta et al. 2015). Weil er bereits vor der Ankunft der OSIRIS-REx Sonne als einer der am besten erforschten erdnahen Asteroiden galt (Lauretta et al. 2015), bietet Bennu die Chance die zuvor von der Erde und dem Erdorbit aus gewonnenen Erkenntnisse zu überprüfen. So wurde in auf Radaraufnahmen basierenden Modellen von Nolan et al. (2013) ein Äquatorialkamm angenommen, der sich auf den Aufnahmen der Sonde nicht bestätigt hat (Lauretta et al. 2019a). Auch konnte erst durch die Untersuchung durch OSIRIS-REx festgestellt werden, dass Bennu ein aktiver Asteroid ist, bei dem ein Partikelauswurf beobachtbar ist (Lauretta et al. 2019b). Der direkte Einfluss auf den Orbit des Asteroiden hat sich auf Basis der gewonnenen Daten als sehr gering erwiesen, allerdings konnten auf die Rotation des Körpers größere Einflüsse beobachtet werden (Scheeres et al. 2020). Die Relevanz solcher neuen Erkenntnisse liegt ungeachtet wissenschaftlicher Neugierde in der Notwendigkeit, die Bahnen von anderen Körpern im Sonnensystem zur Vermeidung von Kollisionen mit der Erde vorhersagen zu können, und findet sich als S für Security im Missionsnamen und -ziel wieder (University of Arizona 2021) (Siehe Abbildung 7).

Video 1: https://www.youtube.com/watch?v=xj0O-fLSV7c

In Video 1 ist zu sehen wie der Roboterarm der Raumsonde sich dem Asteroiden am 20. Oktober 2020 nährte um Gestein und Staub aufwirbeln und auffangen zu können. Nach diesem nur wenige Sekunden dauernden Vorgang, begann OSIRIS-REx mit der Verstauung und Sicherung der Probe und begab sich zurück in einen Orbit um Bennu. Der Start zurück zur Erde ist für Mai 2021 geplant, mit dem Vorbeiflug der Sonde und dem Abwurf der Probenkapsel an der Erde wird am 24. September 2023 gerechnet, woraufhin mit ihrer Analyse begonnen werden kann (Potter 2020).

3 Meteoroiden, Meteore und Meteoriten

Abb. 9: Bolide. (Grau & Basilicofresco 2010, Public Domain)
Abb. 10: Meteor über Sardinien (Eberth 2016, CC BY-SA 4.0)
Abb. 11: Gibeon-Meteorit. (Raab 2005, Public Domain)

Der Begriff Meteoroid bezeichnet nach einer neusten von der IAU anerkannten Definition natürliche Festkörper in Größenordnungen von 30 μm bis einen Meter, schließt aber auch alle anderen Objekte ein, die bei Eintritt in die Erdatmosphäre einen Meteor (umgangssprachlich Sternschnuppe) hervorrufen (Koschny & Borovicka 2017). In der gleichen Definition werden Meteore als die mit diesem Eintritt einhergehenden Lichterscheinungen und physischen Phänomene („Hitze, Schock, Ionisation“) (Koschny & Borovicka 2017) charakterisiert. Da diese auch durch Asteroiden und Kometen hervorgerufen werden können, lassen auch sie sich bei Kollision mit der Erde als Meteoroiden klassifizieren. Die nicht verglühten Überreste von Meteoroiden werden nach ihrem Erdeintritt als Meteoriten bezeichnet (Koschny & Borovicka 2017). Meteore heller als Magnitute (mag) -4 werden Bolide oder Feuerbälle, bei Helligkeiten größer mag -17 Superbolide genannt und können über weite Distanzen wahrgenommen werden (NASA JPL CNEOS 2021c).

Video 2: Tscheljabinsk Superbolid am 15. Februar 2013 (Ivanov 2013).

Ein besonders starker Bolid („Superbolid“) wurde im Jahr 2013 über Chelyabinsk in Russland beobachtet und ist dem einem aus 200 km Entfernung aufgenommenen Video 2 zu sehen. In einem Winkel von 18° traf der etwa 20 m große Asteroid mit einer Geschwindigkeit von unter 20 km/s auf die Erdatmosphäre und legte mehr als 100 km zurück, bevor er in einer Höhe von circa 30 km explodierte (Chapman 2013; ESA o. J.). Die kinetische Energie betrug 570 ± 150 kT TNT Äquivalente und wurde in Schockwellen freigesetzt, welche bis zu 120 km weit Schäden anrichteten (Popova et al. 2013): in 3 613 Gebäuden wurden Fenster zerbrochen, 1 200 Menschen wurden verletzt (FAZ 2013; Popova et al. 2013). Die Häufigkeit solcher Ereignisse ist gering, der Bolid von 2013 war der größte – bekannte – Asteroideneinschlag seit dem Tunguska-Ereignis von 1908 (Popova et al. 2013). Die untenstehende Weltkarte zeigt die in den letzten 30 Jahren von der US-Regierung registrierten Boliden. Es wird deutlich, dass Energiereiche Impakte vergleichsweise selten sind (vgl. auch (Zolensky et al. 2006: 872)).

Abb. 12: Karte von durch die US-Regierung registrierten Boliden 1988-2021 ((NASA JPL CNEOS 2021d). Eine aktuelle interaktive Karte findet sich unter https://cneos.jpl.nasa.gov/fireballs/.

Es ist zu beachten, dass auf der Karte nur die größten registrierten Bolide und Superbolide eingetragen sind. Der Anteil kleinerer Meteore ist deutlich höher: im Jahr 2010 alleine wurden von der International Meteor Organisation 104 089 Meteore durch 466 Beobachter in 1 924 Beobachtungssitzungen gemeldet (IMO 2021).

4 Impakte auf der Erde

Für Informationen zu Impakten auf dem Mond siehe: Unser Mond.
Die Auswirkungen eines Einschlages (Impakt) auf die Erde sind stark von den Faktoren Größe und Masse des Impaktor, Einschlagswinkel, Einschlagsgeschwindigkeit und dem Untergrundmaterial abhängig (Collins et al. 2005). Ab einer Größe von 20 m bei metallreichen und 60 m bei steinigen Körpern werden atmosphärische Effekte so gering, dass die Impaktoren kaum abgebremst werden und hyper-velocity Impakt-Krater erzeugen (Collins et al. 2012; French 1998: 17). Der Ablauf der Kraterbildung eines solchen Ereignisses wird in Video 3 für die älteste bekannte Kraterstruktur, den Yarrubbuba Krater in Australien, simuliert. Es handelt sich dabei um eine Art von komplexer Kraterstruktur, die stark kollabiert und nicht die charakteristische Schüsselform einfacher Krater, wie sie in Video 4 zu sehen ist, aufweisen (French 1998: 24).

Video 3: Simulation des Yarrububba Einschlags vor etwa 2.3 Mrd. Jahren in Australien. (Imperial College London & Davison 2020)
Video 4: Illustrierter schematischer Ablauf eines einfachen Impakt-Events. Eigene Animation, angelehnt an Bahlburg & Breitkreuz (2017: 195), Collins et al. (2012), French (1998: 21). Erstellt mit Inkscape und dem Microsoft Video-Editor.

Es wird zwischen einfachen und komplexen Krater(-strukturen) unterschieden, die sich primär durch die im Einschlag freigesetzte Energie und die entstehende Form abgrenzen. Einfache Krater entstehen durch kleinere, komplexe durch größere Impaktoren (Collins et al. 2012: 27; French 1998: 24). Abbildung 13 zeigt die Unterschiede in der Form zwischen einfachen und komplexen Kratern.

Abbildung 13: Morphologie eines einfachen und eines komplexen Kraters. Der einfache Krater wird durch die schüsselförmige Struktur charakterisiert, der komplexe Krater ist flacher und weist eine Zentralerhöhung oder -Ringstruktur auf (NASA 2004).

Kleinere Objekte verursachen low-velocity Impakte und verglühen größtenteils bis vollständig oder zerbrechen in viele einzelne Fragmente, (Brykina 2018; French 1998: 17). Von den jährlich etwa 50 000 t Material die die Erde treffen, sind der absolute Großteil interplanetarer Staub und kleine Meteoroiden. (Drolshagen et al. 2017; Zook 2001). Je größer ein Kleinkörper, desto geringer ist die statistische Häufigkeit eines Einschlags (Wheeler & Mathias 2019). Dieser Zusammenhang wird in Abbildung 14 verdeutlicht. Außerdem sind die Anzahl der bislang entdeckten Asteroiden jeweiliger Größenklassen und die Einschlagskraft, welche bei einem Einschlag freigesetzt würde, aufgetragen. Auf ihrer Website https://www.esa.int/Safety_Security/Planetary_Defence stellt die ESA weiteres anschauliches Infomaterial bereit, auf das an dieser Stelle verwiesen werden soll.

Abbildung 14: Infografik der ESA zu den Häufigkeiten, Größenverteilungen und Gefahren, die von Asteroiden und Impakten mit der Erde ausgehen (ESA 2018, CC BY-SA 3.0 IGO). [Zum vergrößern klicken]

Nach Chapman (2004) wäre ein 2-3 km großer Asteroid (Chapman 2008) in der Lage, die Menschheit global zu vernichten. Die Folge des Aufpralls wären beispielsweise Erdbeben von bis zu 13 auf der Richterskala, ein Ausfall der Landwirtschaft aufgrund des in die Atmosphäre geblasenen Staubes, der außerdem das Sonnenlicht blockieren würde, Feuerstürme und Tsunamis (Chapman 2008; Chapman 2004; Paine & Peiser 2004; Ward & Asphaug 2000). Die Blockade des Sonnenlichtes würde außerdem zu einem deutlichen absinken der globalen Temperaturen führen (Brugger et al. 2017). In der Erdgeschichte werden Impakte großer Asteroiden für mehrere Massenaussterben verantwortlich gemacht, darunter das der Dinosaurier und etwa 75% aller anderen Spezies im sogenannten Cretaceous-Paleogene Massensterben vor 66 Millionen Jahren (Brusatte et al. 2015; Chiarenza et al. 2020; Grotzinger & Jordan 2017: 237). Dass Asteroiden nicht nur Leben zerstören, sondern möglicherweise auch für seine Entstehung auf der Erde verantwortlich sind, wird im im Themenbeitrag Lebensraum Erde diskutiert.
Durch Verwitterungs- und andere erosive Prozesse werden Impakt-Krater im Laufe der Zeit verändert (Schmieder & Kring 2020), eine Darstellung verschiedener Stufen der Degradation findet sich in der untenstehenden Abbildung. An dieser Stelle sei auf den Themenbeitrag zur Plattentektonik verwiesen.

Abbildung 15: Degradation von einfachen Impakt-Kratern auf der Erde. A: ~50 000 Jahre alter Barringer Krater; B: ~220 000 Jahre alter Tswaing Krater; C Tavan Khar Ovoo Krater unbekannten Alters; D: ~1.1 Mio Jahre alter New Quebec Krater; E: ~4-5 Mio Jahre alter Roter Kamm Krater; F: Satellitenansicht von C; G: ~450 Mrd. Jahre alter Brent Krater; H: Dummanen Krater unbekannten Alters (Schmieder & Kring 2020: 92, CC BY 4.0).

5 Fazit

Die Relevanz der Erforschung Erdnaher Objekte liegt nicht in der Häufigkeit ihrer Einschläge auf der Erde sondern in der Katastrophalität mit der sie einhergehen. Aber auch aus wissenschaftlicher Neugierde ist ihre Untersuchung von Interesse, da sie als Zeugen der Entstehung des Sonnensystems möglicherweise noch viele neue Einblicke geben können.

Literatur

Beitragsbild: StarryEarth 2013: Image of several Geminids (meteors) seen from the Observatorio del Teide (IAC) the morning of Saturday, 14 December (approx. 5:30 UT). https://www.flickr.com/photos/65131760@N06/11366751916/

Angelich, A. & NRAO/AUI/NSF (2013): Yarkovsky Effect. National Radio Astronomy Observatory. https://public.nrao.edu/gallery/yarkovsky-effect/ [25.02.2021].

Bahlburg, H.; & Breitkreuz, C. (2017a): Diagenese und Einteilung der Sedimentgesteine. In: (2017a): Grundlagen der Geologie. Berlin, Heidelberg: 171–189. DOI: 10.1007/978-3-662-54931-5_8.

Bahlburg, H.; & Breitkreuz, C. (2017b): Physik und Chemie des Planeten Erde. In: (2017b): Grundlagen der Geologie. Berlin, Heidelberg: 193–214. DOI: 10.1007/978-3-662-54931-5_9.

Brugger, J.; Feulner, G.; & Petri, S. (2017): Baby, it’s cold outside: Climate model simulations of the effects of the asteroid impact at the end of the Cretaceous. In: Geophysical Research Letters 44 (1): 419–427. DOI: https://doi.org/10.1002/2016GL072241.

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