Unser Mond – der Erdtrabant

Gliederung

1. Einleitung
2. Charakteristika

2.1. Volumen  

2.2. Masse

2.3. Alter

3. Entstehungstheorien

3.1. Geschwistertheorie

3.2. Einfangtheorie

3.3. Abspaltungstheorie

3.4. Kollisionstheorie

4. Mond – spezifisch

4.1. Orbit

4.2. Mondphasen

4.3. Rotation

5. Forschungsprojekt
6. 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

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.

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. 

4.3 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.

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.

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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.

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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].