Table Of ContentDen Mond neu entdecken
Eckart Kuphal
Den Mond neu
entdecken
Spannende Fakten über Entstehung, Gestalt und
Umlaufbahn unseres Erdtrabanten
Eckart Kuphal
Darmstadt
Deutschland
ISBN 978-3-642-37723-5 ISBN 978-3-642-37724-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-37724-2
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Planung und Lektorat: Vera Spillner, Bettina Saglio
Redaktion: Annette Heß
Einbandentwurf: deblik Berlin
Einbandabbildung: © NASA
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Vorwort
Eines Sommerabends standen wir im Freundeskreis auf einer Düne am Sylter
Weststrand und verfolgten andächtig schweigend, wie die Sichel des jungen Mon-
des im Meer versank. Da sagte jemand aus der Gruppe: „Ich wusste gar nicht,
dass der Mond auch abends untergehen kann!“ Diese Frage ließ sich am nächsten
Tag mit ein paar Strichen und Kreisen im Sand leicht beantworten. Doch am
Abend wollten wir wieder den Monduntergang bestaunen, und wissend, dass
er sich jeden Tag um etwa 50 min verspätet, trafen wir uns eine halbe Stunde
vor der erwarteten Zeit auf der Düne. Aber kein Mond war zu sehen, obwohl
der Himmel sternklar war. Wir hatten seinen Untergang verpasst! Wie
konnte das sein? Als Antwort auf diese und ähnliche Fragen ist das vorliegende
Buch entstanden.
Dieses Buch will weder eine populärwissenschaftliche Schrift noch ein Fach-
buch sein, sondern es ist dazwischen angesiedelt. Es ist ein Sachbuch für inte-
ressierte Laien und Amateurastronomen, die nicht nur Forschungsergebnisse
erfahren möchten, sondern auch auf eine Erklärung oder Herleitung Wert le-
gen. Das geht allerdings nicht ganz ohne Formeln und Berechnungen. Dabei
wurde beachtet, dass die physikalisch-mathematischen Anforderungen nicht
über den Stoff einer gymnasialen Oberstufe hinausgehen. Wer nur an den Er-
gebnissen selbst interessiert ist, mag die Formeln, die zum Teil in Fußnoten
„verbannt“ wurden, gerne überspringen. Das Buch eignet sich z. B. auch als
Grundlage für schulische Referate über ausgewählte Themen zum Mond.
Das Kap. 1 dieser Arbeit widmet sich der Geschichte der Mondbeobach-
tung und Mondforschung, beginnend mit der Antike über die Neuzeit, mit
der Erfindung des Fernrohrs bis hin zur Raumfahrt und bemannten Mond-
landung. Auch die gegenwärtig den Mond umkreisenden Raumsonden wer-
den beschrieben. Im Kap. 2 werden die Besonderheiten des Erdmondes im
Vergleich zu den anderen Monden des Sonnensystems aufgezeigt, der Einfluss
des Mondes auf das irdische Leben betrachtet und die Zukunft des Erde-
Mond-Systems diskutiert. Das Kap. 3 ist dem eigentlichen Mondkörper ge-
widmet mit seinen physikalischen Eigenschaften, seiner Oberflächenstruktur
und seinem geologischen Aufbau. Zur Entstehungsgeschichte des Mondes
werden allerneueste Erkenntnisse referiert.
VVII VBoorowko Trittle
Alle folgenden Kapitel befassen sich mit der Bewegung des Mondes. Dazu
werden in Kap. 4 die Phasen (Lichtgestalten) und die Helligkeit des Mondes
und in Kap. 5 die unterschiedlich definierten Umlaufzeiten sowie die Erschei-
nung der Libration beschrieben. In den Kap. 6 und 7 werden die Kepler’schen
Planetengesetze hergeleitet und die Ellipsenbahn des Mondes um die Erde
und um die Sonne behandelt. Kap. 8 gibt eine Darstellung seiner täglichen
und monatlichen Bahn über dem Horizont des Beobachters. Kap. 9 widmet
sich den Gezeitenkräften des Mondes und der Sonne sowie der Entstehung
von Ebbe und Flut. Im Kap. 10 lernen wir, Sonnen- und Mondfinsternisse
vorauszuberechnen. Schließlich werden im letzten Kap. 11 die Unregelmä-
ßigkeiten der Mondbewegung, die sogenannten Bahnstörungen, diskutiert.
Danksagung
Herzlich bedanken möchte ich mich für die hilfreichen und anregenden Dis-
kussionen mit Dr. Eckehard Bärnighausen, Bengt Bischof (ESA/ESOC),
Jens Heinrich, Prof. Peter Hilsch (Univ. Tübingen), Prof. Thorsten Kleine
(Univ. Münster), Dr. Klaus Kuphal, Hans Middelhauve, Prof. Gerd W. Prölss
(Univ. Bonn), Dr. Dirk Scheuermann, Wolfgang Stahn und Prof. Karl Wien
(TU Darmstadt). Susanne Pieth (Deutsches Zentrum für Luft- und Raum-
fahrt, Berlin) hat mich freundlicherweise unterstützt bei der Beschaffung des
Bildmaterials aus der Mondraumfahrt. Nicht zuletzt danke ich für die gute
Zusammenarbeit mit dem Springer Verlag: Dr. Vera Spillner hat das Projekt
engagiert gefördert und begleitet, Bettina Saglio hat mich in vielen Gesprä-
chen beraten und zusammen mit Annette Heß die redaktionellen Arbeiten
umsichtig ausgeführt.
Darmstadt, im April 2013 Eckart Kuphal
Inhalt
Vorwort � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � V
Danksagung ��������������������������������������������������������������� VII
1
GeschichtederMondbeobachtungundMondforschung ��������������������� 1
1.1 PrähistorischeZeit � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 1
1.2 VorgriechischeAntike � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 3
1.3 GriechischeAntike � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 4
1.4 Mittelalter � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 13
1.5 ÜbergangvomMittelalterzurNeuzeit � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 15
1.6 Neuzeit � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 19
1.7 RaumfahrtundbemannteMondlandung � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 29
1.8 MondsondeninneuererZeit � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 39
Literatur� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 41
2
DerErdmond−einbesondererMond � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 43
2.1 Planetensystem,Ekliptik,TierkreisundJahreszeiten � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 43
2.2 DieEntstehungdesSonnensystems � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 47
2.3 EinMondunterMonden � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 50
2.4 VoraussetzungfürLebenimKosmos � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 52
2.5 WäreirdischesLebenohnedenMondmöglich? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 56
2.6 VergangenheitundZukunftdesErde-Mond-Systems � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 60
Literatur� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 64
3
DerMondkörper � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 65
3.1 PhysikalischeEigenschaften � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 65
3.2 DieMondlandschaften � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 69
3.3 GeologiedesMondes � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 80
3.4 EntstehungdesErdmondes � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 89
Literatur� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 93
4
MondphasenundBeleuchtungsstärke � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 95
4.1 Mondphasen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 95
4.2 BeleuchtungsstärkeundHelligkeit � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 103
Literatur� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 104
5
DieMondbahnbezogenaufdieErde � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 105
5.1 DieEllipsenbahninKurzform � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 105
5.2 SiderischerundsynodischerMonat � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 105
5.3 DrehungderKnotenlinieunddrakonitischerMonat � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 108
Inhalt X
5.4 DrehungderApsidenlinieundanomalistischerMonat � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 109
5.5 DieMondbahnimTierkreisundtropischerMonat � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 110
5.6 DieRotationdesMondes � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 110
5.7 DieLibrationdesMondes � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 113
Literatur� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 114
6
Planetenbahnen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 115
6.1 DiedreiKepler’schenGesetze � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 115
6.2 GeometriederEllipse � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 118
6.3 HerleitungderKepler’schenGesetze � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 120
6.4 DynamikaufderEllipsenbahn � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 124
6.5 DasmitbewegteZentralgestirn(Zweikörperproblem) � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 132
Literatur� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 134
7
DieEllipsenbahndesMondesumdieErdeundumdieSonne � � � � � � � � � � � � � � � � 135
7.1 DieMondbahnumdieErdealsKepler-Ellipse � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 135
7.2 DieMondbahnrelativzurSonne(heliozentrischeBahn) � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 137
7.3 ParallaxeundMessungderMonddistanz � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 139
7.4 BestimmungderMassedesMondes � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 142
Literatur� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 144
8
DieMondbahnvonderErdoberflächeausgesehen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 145
8.1 TäglicheVerspätungvonKulmination,Auf-undUntergangszeit � � � � � � � � � � � � � 145
8.2 DieMondbahnüberdemHorizont � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 148
Literatur� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 155
9
Gezeitenkräfte � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 157
9.1 GezeitenkräftezwischenErde,MondundSonne � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 157
9.2 EbbeundFlutbeiAnnahmeeinesglobalenOzeans � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 162
9.3 EbbeundFlutbeiderrealenWasser-/Landverteilung � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 165
Literatur� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 167
10
Finsternisse � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 169
10.1Mondfinsternis � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 169
10.2Sonnenfinsternis� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 173
10.3HäufigkeitundVorausberechnungvonFinsternissen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 177
10.4DieSarosperiode � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 181
10.5BestimmungderMond-undSonnendistanzausFinsternissen � � � � � � � � � � � � � � 183
Literatur� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 184
11
Bahnstörungen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 187
11.1WoherrührendieStörungenderMondbahn? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 187
11.2PeriodischeStörungeninderekliptikalenLängedesMondes � � � � � � � � � � � � � � 190
11.3SchwankungenderBahnformund derBahnlage � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 193
Literatur� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 198
Anhang1:VerwendeteEinheitenundFormelzeichen ������������������������������� 199
Anhang2:PhysikalischeundastronomischeKonstantenvonMondundErde � � � � � � � � � � � � 201
Namen-undSachverzeichnis � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 205
1
Geschichte der Mondbeobachtung
und Mondforschung
Die Geschichte der Wissenschaft vom Mond ist kaum zu trennen von der
Geschichte der Astronomie des gesamten Sonnensystems, sodass in das vor-
liegende Kapitel auch vieles über unser Planetensystem mit einfließen wird.
1.1 Prähistorische Zeit
Seit jeher hat die imposante Erscheinung des Mondes am Himmel die Fan-
tasie der Menschen beflügelt. Von der Urzeit bis hin zur römischen Epoche
wurde er sogar als Gottheit verehrt, und zwar meist als weibliche. So war Sele-
ne, das griechische Wort für Mond, gleichzeitig die Mondgöttin, der bei den
Römern Luna entsprach. Man schrieb ihr Einfluss auf die Gesundheit sowie
auf die weibliche Fruchtbarkeit zu. Seine zu- und abnehmenden Lichtphasen
symbolisierten das Werden und Vergehen im menschlichen Leben. Neben der
religiösen Verehrung des Mondes wurde sein Lauf aber auch für Kalender-
zwecke genau beobachtet.
Der sensationelle Fund der Himmelsscheibe von Nebra (gefunden 1999, der
Wissenschaft zugänglich seit 2002) aus der frühen Bronzezeit belegt, dass be-
reits in prähistorischer Zeit dem Mondlauf große Beachtung geschenkt wur-
de. Die aus Bronze und Gold gefertigte Scheibe war ca. drei Jahrhunderte
lang in Benutzung, bevor sie um 1600 v. Chr. auf dem Mittelberg bei Ne-
bra in Sachsen-Anhalt niedergelegt wurde (Abb. 1.1). Auf den ersten Blick
könnte man sie für eine beliebige Darstellung von Sonne, Mond und Sternen
halten. Nach den Untersuchungen des Landesmuseums für Vorgeschichte
in Halle (Meller 2004) zeigt die Scheibe jedoch zwei ganz spezielle astrono-
mische Konstellationen: zum einen den Vollmond (nicht die Sonne!), zum
anderen die zunehmende, 4 Tage alte Mondsichel, beide jeweils bei den Ple-
jaden stehend. Die Plejaden, auch Siebengestirn genannt, sind ein markanter
Sternhaufen im Tierkreissternbild Stier. Wenn wir den heutigen Kalender zu-
grunde legen, dann gingen in der frühen Bronzezeit die Plejaden um den 17.
E. Kuphal, Den Mond neu entdecken,
DOI 10.1007/978-3-642-37724-2_1, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013
Description:Unser Mond ist uns vertraut - und birgt zugleich viele Geheimnisse, die wir mit Hilfe der Naturwissenschaften lüften können. Dieses Sachbuch über den Mond und seine Bewegung wendet sich an naturwissenschaftlich interessierte Leser aller Altersstufen, die den Mond noch einmal neu entdecken möchte