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UNSER MOND

AUF DEM MOND HÜPFENDE ASTRONAUTEN?

Die Erde ist von der Sonne aus gesehen der dritte Planet und der erste, der einen Mond besitzt; im Vergleich zur Erde ist unser Mond relativ groß, sein Durchmesser beträgt 3 474 Kilometer, also etwa ¼ des Durchmessers der Erde. Die Masse ist etwa 1/81 der Masse der Erde und deshalb ist auch seine Anziehungskraft geringer. Die Beschleunigung an der Mondoberfläche beträgt nur 1,62 m/s². Würde man sich aus einem Haus aus einer Höhe von 10 Metern auf die Mondoberfläche stürzen, dann würde man erst nach etwa 3,5 Sekunden aufprallen, sich aber wahrscheinlich immer noch schwer verletzen, daher bitte nicht ausprobieren. Die geringe Anziehungskraft des Mondes bewirkt, dass eine Person auf dem Mond nur 1/6 des Gewichtes auf der Erde besitzt. Deshalb schienen die Astronauten auf der Mondoberfläche zu hüpfen.

DER MOND ALS RAUMSTATION?

Die geringe Anziehungskraft macht unseren Mond zu einer idealen Basis für künftige Raumfahrtmissionen zu anderen Planeten. Man muss wesentlich weniger Energie aufwenden, um seine Anziehung zu überwinden. Darüber hinaus wäre unser Mond ein wundervoller Ort für ein Observatorium. Es gibt keine Atmosphäre, die die Sicht auf Sterne und Galaxien beeinträchtigt, und die Montage schwerer Geräte gestaltet sich wegen seiner geringen Schwerkraft weniger kompliziert und aufwendig.

Größenvergleich Mond-Erde

WIE WEIT IST DER MOND VON UNS ENTFERNT?

Der Mond ist im Mittel etwa 384 400 Kilometer von der Erde entfernt und somit unser nächster Himmelskörper. Die Bahn des Mondes um die Erde ist nicht kreisförmig, sondern eine Ellipse. Die geringste Entfernung des Mondes, in den Kalendern als Erdnähe bezeichnet, beträgt 362 000 Kilometer. In der Astronomie spricht man auch von Perigäum. Die größte Entfernung des Mondes zur Erde beträgt 405 000 Kilometer. Das wird als Mondferne, in der Astronomie als Apogäum, bezeichnet. Eine genaue Beobachtung des Mondes zeigt, dass sich seine scheinbare Größe am Himmel entsprechend seiner Entfernung ändert. In Erdferne beträgt sein Durchmesser am Himmel etwa 29 Bogenminuten, in Erdnähe jedoch 33 Bogenminuten, was aufmerksame Beobachter auch sehen können. Der kleinste Winkel, der mit guten Augen gesehen werden kann, beträgt 1 Bogenminute (1/60 eines Grades).

Ein Vollmond erscheint etwas größer und heller, wenn sich der Mond bei dieser Phase in Erdnähe befindet. Dann spricht man auch von einem Supermond.

Steht der Mond in Erdnähe, bewegt er sich etwas schneller als in Erdferne. Die Geschwindigkeit des Mondes zur Zeit seines Perigäums liegt bei 1,076 km/s, im Apogäum bei 0,964 km/s.

Die Sonne ist etwa 400 mal weiter entfernt, erscheint aber gleich groß wie der Mond am Himmel. Ihre wahre Größe muss daher rund das 400-Fache des Mondes betragen.

WOHER KOMMT DAS WORT „MONAT“?

Der Mond umläuft in etwa einem Monat die Erde, so wurde auch die Zeiteinheit Monat festgelegt; allerdings ist die Sache etwas komplizierter. Wenn zum Beispiel heute Vollmond wäre, dann ist der nächste Vollmond nach 29 ½ Tagen (genauer 29,53 Tage), dies bezeichnet man auch als synodischen Monat. Allerdings steht der Mond dann nicht im selben Sternbild, da sich die Erde in der Zwischenzeit um die Sonne weiterbewegt hat. Der siderische Monat, wenn der Mond wieder in demselben Sternbild nach einem Umlauf zu finden ist, beträgt nur 27,3 Tage.

Unsere Monate sind 30 beziehungsweise 31 Tage lang. Der Februar hat nur 28 oder alle vier Jahre 29 Tage. Dies hängt damit zusammen, dass man den Kalender möglichst eng an den Lauf des Mondes binden wollte, das Jahr zwölf Monate dauern sollte und andererseits natürlich auch die Länge des Jahres mit dem Umlauf der Erde um die Sonne, der genau 365,2422 Tage dauert, zusammenfallen sollte. [ Woher kommen das Jahr, der Monat und der Tag? S. 44]

Der Unterschied zwischen siderischem und synodischem Monat. Nach einem synodischen Monat zeigt uns der Mond wieder dieselbe Phase (grüne Linien), dieselbe Position am Himmel wird aber wegen des Umlaufs der Erde um die Sonne schon früher erreicht (blaue Pfeile).

Ist also etwa heute Vollmond und der Mond befindet sich im Sternbild Wassermann, so wird der nächste Vollmond im Sternbild der Fische stehen.

WAS IST EIN BLAUER MOND?

Die Zeitdauer zwischen zwei aufeinander folgenden Vollmonden beträgt 29 ½ Tage. Dieser Zeitraum ist kürzer als die Länge eines Monats mit 30 oder 31 Tagen. Aus diesem Grunde kann es hin und wieder vorkommen, dass innerhalb eines Monats zweimal ein Vollmond zu sehen ist. Man nennt dies auch den Blauen Mond. Ursprünglich bedeutete dies einfach das nicht so häufige Auftreten zweier Vollmonde in einem Monat, der englische Ausdruck once in a blue moon drückt aus, dass etwas selten vorkommt. Früher zählte man die Vollmonde in einer Jahreszeit durch. Normalerweise gibt es drei Vollmonde pro Jahreszeit. Wenn aber dieses Ereignis viermal eintritt, wurde der dritte Vollmond in früheren Zeiten als blue moon bezeichnet.

Noch etwas Statistik: Ein Blauer Mond tritt im Mittel alle 2,4 Jahre auf. In einem konkreten Monat mit 31 Tagen alle 20 Jahre, in einem konkreten Monat mit 30 Tagen alle 60 Jahre. Wenn wir also zum Beispiel heuer im März einen Blauen Mond hatten, so tritt dies das nächste Mal erst wieder in 20 Jahren ein. Alle 19 Jahre kommt es vor, dass der Monat Februar ohne Vollmond ist, wenn die Länge des Februar 28 Tage beträgt. Bei einem Schaltjahr, wenn die Monatslänge des Februar 29 Tage beträgt, kommt dies statistisch gesehen alle 55 Jahre vor.

Pro Jahrhundert gibt es insgesamt 41 Blaue Monde.

WIE ENTSTEHEN DIE MONDPHASEN?

Die Mondphasen kennen wir alle: Neumond, erstes Viertel (dabei ist der Mond nicht zu einem Viertel, sondern zur Hälfte beleuchtet, die Bezeichnung erstes Viertel bezieht sich darauf, dass der Mond ¼ seiner Erdumlaufbahn zurückgelegt hat), Vollmond, letztes Viertel.

Bei Neumond steht der Mond ganz dicht neben der Sonne, meistens ober- oder unterhalb, nur wenn er genau vor der Sonne steht, kommt es zu einer Finsternis. Meist geht also der Mond bei Neumond nördlich oder südlich der Sonne vorbei, da die Bahn des Mondes zur Erdbahnebene (Ekliptik) geneigt ist. Deshalb ist nicht bei jedem Neumond eine Sonnenfinsternis zu sehen. Beim ersten oder letzten Viertel beträgt vom Mond aus gesehen der Winkel zwischen Erde und Sonne genau 90 Grad. Wir sehen den Mond zur Hälfte beleuchtet. Diese Phasen sind die besten Phasen für eine Mondbeobachtung mit einem Teleskop. Man erkennt dann bereits in kleinen Teleskopen viele Krater, die Schatten werfen. Bei der Phase Vollmond ist der Mond die ganze Nacht hindurch zu sehen, er geht am Tag, an dem Vollmond ist, im Osten auf, wenn die Sonne untergeht, und er geht im Westen am Morgen unter, wenn die Sonne aufgeht.

WAS IST DAS MONDGESICHT?

Bei Vollmond erkennt man keine Krater und Berge auf der Mondoberfläche, da der Mond einerseits sehr hell erscheint und es andererseits keine Kontraste gibt. Mit freiem Auge sieht man dunkle Flecken auf dem Mond, das sind ausgedehnte Lavaebenen. Diese Ebenen lassen sich dann mit etwas Fantasie als ein Gesicht deuten. In manchen Kulturkreisen glaubt man auch eine alte Frau zu erkennen, die Holz sammelt oder einen Hasen.

Verschiedene Deutungen der Mondformationen. Nach D. Helber.

MEERE UND GEBIRGE AUF DEM MOND?

Was sind die dunklen Flecken auf dem Mond wirklich?

Früher dachte man, dass es sich dabei um Meere und Ozeane handelt, und deshalb wurden diese Erscheinungen als Mare, Mehrzahl Maria beziehungsweise Ozeane bezeichnet. So finden wir auf dem Mond das Regenmeer (Mare Imbrium), das Honigmeer (Mare Nectaris) oder den Ozean der Stürme (Oceanus Procellarum).

Es gibt auch Gebirgsketten auf dem Mond, die nach Gebirgsketten auf der Erde benannt sind, wie die Alpen, Karpaten …

WESHALB BESITZT DER MOND KRATER?

Wie sind diese Oberflächenformationen entstanden? Im Unterschied zur Erde, wo es auch jetzt noch aktive Vulkane gibt, sich die Kontinente langsam gegeneinander verschieben (z.B. entfernt sich der amerikanische Kontinent vom europäischen mit etwa 1,4 cm pro Jahr), ist unser Mond ein inaktiver Himmelskörper. Die Energie für all diese Aktivitäten auf der Erde stammt vom heißen Erdinneren. Auch das Innere des Mondes war vor mehr als drei Milliarden Jahren heiß, aber da der Mond deutlich kleiner als die Erde ist, ist sein Inneres weitgehend erkaltet und nicht mehr heiß. Alle Krater und selbst die großen Mondmeere sind durch Einschläge von anderen kleineren Himmelskörpern entstanden. Auch heute noch kommt es zu Einschlägen, allerdings waren diese Einschläge vor etwa 3,8 Milliarden Jahren viel häufiger. Man spricht auch vom kosmischen Bombardement. Auch die Mondgebirge sind keine Gebirge im irdischen Sinne (diese entstehen durch Auffaltungen, wenn zwei Kontinentalplatten aneinanderdrücken, etwa die afrikanische Platte gegen die europäische, wodurch sich die Alpen bildeten und auch jetzt noch einige Millimeter pro Jahr höher werden). Die Mondgebirge finden wir an den Rändern der großen Mondmeere, es handelt sich dabei um aufgeworfenes Material von dem jeweiligen Einschlag.

rechts: Der Mond bei der Phase Vollmond. Man erkennt die dunklen Lavaebenen, also die Mondmeere, aber kaum Krater. links: Bei der Phase erstes Viertel sieht man sehr schön die Krater, die durch Meteoriteneinschläge entstanden sind, die meisten Krater sind sehr alt, mehr als 3,8 Milliarden Jahre.

WIE KOMMT ES ZU MOND- UND SONNENFINSTERNISSEN?

Seit jeher haben Finsternisse die Menschheit beeindruckt. Besonders natürlich totale Sonnenfinsternisse, wenn es plötzlich für einige Minuten mitten am Tage dunkel wurde. Man kann sich vorstellen, welche ungeheure Macht Astronomen hatten, die in der Lage waren, solche Ereignisse vorherzusagen.

Mond und Sonne erscheinen am Himmel, wie gesagt, gleich groß. Der Mond umläuft die Erde in einer zur Erdbahn (Ekliptik) um etwa 6 Grad geneigten Bahn. Eine totale Sonnenfinsternis kann nur eintreten, wenn der Neumond genau zwischen Erde und Sonne steht, eine totale Mondfinsternis tritt ein, wenn der Mond bei Vollmond in den Schatten der Erde eintaucht, die Erde also genau zwischen Sonne und Mond steht. Wir haben somit nur dann mit einer Finsternis zu rechnen, wenn sich der Mond bei Voll- oder Neumond in der Erdbahnebene befindet. Die Schnittpunkte der Mondbahn mit der Erdbahnebene, die auch Ekliptik genannt wird, nennt man Drachenpunkte. Diese Bezeichnung geht auf eine Vorstellung der alten Chinesen zurück: Sie glaubten, die Sonne würde bei einer Finsternis von einem Drachen gefressen.

Zur Geometrie einer Sonnenfinsternis. Im Kleinen Kernschattenbereich erscheint die Sonne total verfinstert, im Halbschattenbereich sieht man nur eine partielle Finsternis.

Die Zeitdauer eines Mondumlaufs von einem Drachenpunkt zum nächsten nennt man drakonitischer Monat. Sie beträgt 27,21 Tage. Ohne ins Detail zu gehen, kann man sich leicht vorstellen, dass man aus der Kenntnis des synodischen Monats und des drakonitischen Monats Finsternisse vorhersagen kann (man nennt dies auch den Saroszyklus). Tatsächlich war man schon im Altertum in der Lage, Finsternisse vorherzusagen. Auch heute noch erregen vor allem Sonnenfinsternisse großes Aufsehen. So soll es im antiken Griechenland während einer Schlacht zu einer totalen Sonnenfinsternis gekommen sein, von der aber nur die eine Kriegspartei wusste, die dann auch die Schlacht gewonnen hat. Viel gefährlicher war es, wenn eine Finsternis bei der Vorhersage übersehen wurde. Im alten China wurden zwei Astronomenpriester geköpft, weil sie eine Finsternis übersehen hatten. [ Woher kommt das Wort „Monat“? S. 29]

Da der Schatten des kleinen Mondes nur eine Ausdehnung von etwa 200 Kilometern auf der Erdoberfläche besitzt, ist das Auftreten einer totalen Sonnenfinsternis für einen bestimmten Ort auf der Erde relativ selten. Total ist eine Finsternis nur für die Orte innerhalb dieser Zone, weiter außerhalb sieht man eine partielle Finsternis und noch weiter außerhalb ist die Sonne überhaupt nicht verfinstert.

WESHALB DAUERN FINSTERNISSE UNTERSCHIEDLICH LANGE?

Die letzte von Mitteleuropa aus gut sichtbare totale Sonnenfinsternis ereignete sich am 11. August 1999, die nächste wird am 3. September 2081 zu sehen sein. Finsternisse dauern nicht gleich lange. Das liegt einerseits an der Geschwindigkeit des Mondes, die sich ja, wie schon erwähnt, je nach Entfernung zur Erde unterscheidet und von der scheinbar unterschiedlichen Größe der Himmelskörper. Die scheinbare Größe des Mondes ändert sich, je nachdem ob er in Erdnähe oder Erdferne steht. Je größer der Mond bei der Phase Neumond, desto länger dauert eine Sonnenfinsternis. Aber auch die scheinbare Größe der Sonne ändert sich im Lauf eines Jahres, da die Erdbahn eine Ellipse ist. Am kleinsten ist die Sonne Anfang Juli, da sind wir am weitesten von ihr entfernt, am größten ist sie Anfang Januar, da sind wir ihr am nächsten. In Sonnennähe, Perihel, sind es „nur“ 147,1 Millionen Kilometer, in Sonnenferne, Aphel, sind es 152,1 Millionen Kilometer. Am längsten dauert daher eine Sonnenfinsternis, wenn die Sonne relativ klein ist, also in der Nähe des Aphels und der Mond sich im Perigäum, Erdnähe befindet.

Totale Sonnenfinsternis, 2006, Türkei. Die Sonne wird vollständig vom Mond bedeckt, rechts unten leuchtet durch ein Mondtal noch ein wenig grelles Sonnenlicht, man nennt dies Diamantringeffekt.

Da der Erdschatten wesentlich größer ist, sieht man eine Mondfinsternis überall dort auf der Erde, wo der Mond während der Verfinsterung über dem Horizont steht.

WAS IST EIN BLUTMOND?

Für jeden Ort auf der Erde sind Mondfinsternisse wesentlich häufiger zu sehen als Sonnenfinsternisse. Vor allem in der amerikanischen Literatur findet man auch die Bezeichnung Blutmond. Der Mond ist während seines Eintauchens in den Erdschatten nicht völlig dunkel, sondern erscheint orange bis tief dunkelrot. Der Mond wird allerdings nicht mehr von der Sonne beleuchtet, sondern diese Farben ergeben sich durch die Streuung des Sonnenlichts in der Erdatmosphäre. Man kann dadurch aus dem Licht des Mondes während seiner totalen Verfinsterung Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Erdatmosphäre ziehen.

WIE ENTSTEHEN DIE GEZEITEN?

Der Mond übt eine Anziehungskraft auf die Erde aus. Die Stärke der Anziehung nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Aus diesem Grund wird derjenige Teil der Erdoberfläche, der direkt zum Mond zeigt, stärker vom Mond anzogen als die abgewandte Seite der Erde. Dies bewirkt vereinfacht gesagt einen Flutberg. Auf der gegenüberliegenden Seite der Erde ist die Anziehung des Mondes schwächer. Es bleibt daher, wie man an der Skizze auf der nächsten Seite sieht, eine nach außen gerichtete Kraft übrig. Täglich wandern also zwei Flutberge um die Erde, allerdings kommt es beim Eintreffen der Flut zu Verzögerungen aufgrund besonderer topografischer Umstände wie Meeresengen und Ähnlichem.

Zur Erklärung von Ebbe und Flut

In der Abbildung ist R der Radius der Erde, r der Abstand Erdmittelpunkt–Mondmittelpunkt. Natürlich ist die Zeichnung nicht maßstäblich, da der Mond im Vergleich zum Radius der Erde etwa 50 mal weiter entfernt ist. Der grüne Pfeil zeigt die Kraft des Mondes auf den Erdmittelpunkt an, die schwarzen Pfeile die Kraft, welche der Mond auf der ihm zugewandten Seite der Erde und auf der ihm abgewandten Seite ausübt. Subtrahieren wir von den schwarzen Pfeilen den grünen Pfeil, erhalten wir die roten Pfeile, die in beiden Fällen von der Erde wegzeigen. Das erklärt grob die Entstehung der beiden Flutberge.

WAS IST EINE SPRINGFLUT?

Besonders stark sind die Gezeiten ausgeprägt, wenn Sonne, Mond und Erde in einer Linie stehen. Dann addieren sich die Kräfte von Mond und Sonne. Die Sonne besitzt zwar die 24-millionenfache Masse des Mondes, sie ist jedoch 400 mal weiter entfernt. Deshalb ist ihre Gezeitenkraft nur halb so stark wie die des Mondes.

Sonne und Mond stehen in einer Linie bei den beiden Mondphasen:

•Vollmond

•Neumond

Dann spricht man von einer Springflut, bei der der Unterschied zwischen Ebbe und Flut besonders groß ist. Befindet sich der Mond im ersten oder letzten Viertel, heben sich die Kräfte von Sonne und Mond fast auf und man hat eine Nippflut, der Gezeitenhub ist deutlich geringer.

Ein bisschen Mathematik sei an dieser Stelle wieder erlaubt. Die Gezeitenbeschleunigung, die ein Himmelskörper der Masse m auf die Erde ausübt, ist gegeben durch:

R ist der Radius der Erde, r ist der Abstand Erde-Mond.

Diese Beschleunigung nimmt also mit der Dritten Potenz der Entfernung ab. Obwohl die Sonne die 24-millionenfache Masse des Mondes besitzt, ist ihre Gezeitenkraft auf die Erde nur etwa die Hälfte des Mondes! Das können wir leicht nachrechnen. Die Sonne ist etwa 400 mal weiter von uns entfernt als der Mond, also entspricht ihre Beschleunigung 24 000 000/400³=24 000 000/(400 x 400 x 400) = 24 000 000/(64 000 000), also in etwa 1/2 des Mondes (Zahlen aufgerundet).

DIE KRAFT DES MONDES

Sehr oft wird behauptet: Der Mond verschiebt die riesigen Wassermassen auf der Erde, also ist völlig klar, dass er auch einen Einfluss auf uns und andere Lebewesen und Pflanzen haben muss. Wir zeigen aber, dass solche Einflüsse jedenfalls keine Gezeitenkräfte sein können, denn diese hängen ab von:

•der Ausdehnung des jeweiligen Körpers,

•dessen Masse und

•nehmen mit der dritten Potenz des Abstandes ab.

Die Gezeitenbeschleunigung des Mondes für die Erde beträgt etwa 10^-15m/s², also nur etwa 1/1 000 000 000 000 000 der Beschleunigung durch die Erdanziehung. Nehmen wir nur einen zehn Meter hohen Baum. Die Gezeitenbeschleunigung, die der Mond auf diesen Baum ausübt, beträgt dann nur etwa 9 10^-14 m/s², also nur etwa 1/100 000 000 000 000 der Erdbeschleunigung. Gezeitenkräfte spielen also für diesen Baum überhaupt keine Rolle, für noch kleinere Objekte schon gar nicht, da ja die Größe des Objektes in die Formel eingeht.

Aber wie sieht es mit der vom Mond ausgeübten Anziehungskraft aus, die ja nicht mit der dritten Potenz des Abstandes, sondern nur mit dem Quadrat des Abstandes abnimmt und folglich größer ist als die Gezeitenkraft? Die Anziehungsbeschleunigung, die der Mond auf die Erde ausübt, beträgt bei mittlerer Entfernung 3,39 10^-5 m/s². Das ist immerhin etwas mehr als ein Millionstel der Erdanziehung.

Trotzdem gibt es sehr viele, die an die Kraft des Mondes glauben. Statistisch lässt es sich jedoch nicht nach weisen, dass bei Vollmond mehr Verkehrsunfälle, Straftaten etcetera geschehen. Vielleicht ist es eine Art subjektiver Wahrnehmung. Wir haben schlecht geschlafen, aus irgendeinem Grund. Wir stehen nachts auf und blicken aus dem Fenster, und erkennen sofort den Grund: Es ist Vollmond. Möglicherweise gibt es auch andere Tage, an denen wir schlecht schlafen, aber man assoziiert die Phase Vollmond mit „Schlecht Schlafen“ und macht den Mond dafür verantwortlich. [ Bei Vollmond schlecht schlafen? S. 216]

Die Anziehungskraft des Mondes auf die Erde, wenn der Mond in Erdnähe oder in Erdferne steht, beträgt:

Mond in Erdnähe	0,000037
Mond in Erdferne	0,000030

Der Unterschied zwischen der Mondanziehung bei Erdnähe beziehungsweise Erdferne beträgt weniger als ein Millionstel der Anziehungskraft durch die Erde!

Mit diesen Überlegungen wird es schwer, sich vorzustellen, dass von den Gezeitenwirkungen des Mondes oder seiner Beschleunigung auf die Erde irgendwelche geheimnisvollen Kräfte ausgehen sollen, die das Leben, Wachstum und Ähnliches beeinflussen, was aber nicht heißt, dass es nicht doch Einflüsse, die wir derzeit nicht kennen, geben könnte; gute wissenschaftliche Praxis bedeutet, dass man niemals etwas ausschließen sollte.