Den Mond neu entdecken

Transkript

1 Den Mond neu entdecken

2 Eckart Kuphal Den Mond neu entdecken Spannende Fakten über Entstehung, Gestalt und Umlaufbahn unseres Erdtrabanten

3 Eckart Kuphal Darmstadt Deutschland ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Spektrum Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Planung und Lektorat: Vera Spillner, Bettina Saglio Redaktion: Annette Heß Einbandentwurf: deblik Berlin Einbandabbildung: NASA Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Spektrum ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media.

4 Vorwort Eines Sommerabends standen wir im Freundeskreis auf einer Düne am Sylter Weststrand und verfolgten andächtig schweigend, wie die Sichel des jungen Mondes 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 Fachbuch sein, sondern es ist dazwischen angesiedelt. Es ist ein Sachbuch für interessierte Laien und Amateurastronomen, die nicht nur Forschungsergebnisse erfahren möchten, sondern auch auf eine Erklärung oder Herleitung Wert legen. 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 Ergebnissen 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 Mondbeobachtung und Mondforschung, beginnend mit der Antike über die Neuzeit, mit der Erfindung des Fernrohrs bis hin zur Raumfahrt und bemannten Mondlandung. Auch die gegenwärtig den Mond umkreisenden Raumsonden werden 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 gewidmet mit seinen physikalischen Eigenschaften, seiner Oberflächenstruktur und seinem geologischen Aufbau. Zur Entstehungsgeschichte des Mondes werden allerneueste Erkenntnisse referiert.

5 VI Vorwort Book Title 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 Erscheinung 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 Unregelmäßigkeiten der Mondbewegung, die sogenannten Bahnstörungen, diskutiert.

6 Danksagung Herzlich bedanken möchte ich mich für die hilfreichen und anregenden Diskussionen 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 Raumfahrt, 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 Gesprächen beraten und zusammen mit Annette Heß die redaktionellen Arbeiten umsichtig ausgeführt. Darmstadt, im April 2013 Eckart Kuphal

7 Inhalt Vorwort V Danksagung VII 1 Geschichte der Mondbeobachtung und Mondforschung Prähistorische Zeit Vorgriechische Antike Griechische Antike Mittelalter Übergang vom Mittelalter zur Neuzeit Neuzeit Raumfahrt und bemannte Mondlandung Mondsonden in neuerer Zeit Literatur Der Erdmond ein besonderer Mond Planetensystem, Ekliptik, Tierkreis und Jahreszeiten Die Entstehung des Sonnensystems Ein Mond unter Monden Voraussetzung für Leben im Kosmos Wäre irdisches Leben ohne den Mond möglich? Vergangenheit und Zukunft des Erde-Mond-Systems Literatur Der Mondkörper Physikalische Eigenschaften Die Mondlandschaften Geologie des Mondes Entstehung des Erdmondes Literatur Mondphasen und Beleuchtungsstärke Mondphasen Beleuchtungsstärke und Helligkeit Literatur Die Mondbahn bezogen auf die Erde Die Ellipsenbahn in Kurzform Siderischer und synodischer Monat Drehung der Knotenlinie und drakonitischer Monat

8 Inhalt X 5.4 Drehung der Apsidenlinie und anomalistischer Monat Die Mondbahn im Tierkreis und tropischer Monat Die Rotation des Mondes Die Libration des Mondes Literatur Planetenbahnen Die drei Kepler schen Gesetze Geometrie der Ellipse Herleitung der Kepler schen Gesetze Dynamik auf der Ellipsenbahn Das mitbewegte Zentralgestirn (Zweikörperproblem) Literatur Die Ellipsenbahn des Mondes um die Erde und um die Sonne Die Mondbahn um die Erde als Kepler-Ellipse Die Mondbahn relativ zur Sonne (heliozentrische Bahn) Parallaxe und Messung der Monddistanz Bestimmung der Masse des Mondes Literatur Die Mondbahn von der Erdoberfläche aus gesehen Tägliche Verspätung von Kulmination, Auf- und Untergangszeit Die Mondbahn über dem Horizont Literatur Gezeitenkräfte Gezeitenkräfte zwischen Erde, Mond und Sonne Ebbe und Flut bei Annahme eines globalen Ozeans Ebbe und Flut bei der realen Wasser-/Landverteilung Literatur Finsternisse Mondfinsternis Sonnenfinsternis Häufigkeit und Vorausberechnung von Finsternissen Die Sarosperiode Bestimmung der Mond- und Sonnendistanz aus Finsternissen Literatur Bahnstörungen Woher rühren die Störungen der Mondbahn? Periodische Störungen in der ekliptikalen Länge des Mondes Schwankungen der Bahnform und der Bahnlage Literatur Anhang 1: Verwendete Einheiten und Formelzeichen Anhang 2: Physikalische und astronomische Konstanten von Mond und Erde Namen- und Sachverzeichnis