Verständliche Wissenschaft Band 101 F. Link Der Mond Mit 55 Abbildungen Springer-Verlag Berlin . Heidelberg . New Y ork 1969 Herausgeber der Naturwissenschaftlichen Abteilung Prof. Dr. KARL v. FRISCH, Miinchen Prof. Dr. F. LINK Astronomisches Institut der Akademie der Wissenschaften, Prag z. Z. C.N.R.S. - Institut d'Astrophysique 98 bis Boulevard Arago F-75 Paris 14 e ISBN 978-3-540-04747-6 ISBN 978-3-642-86153-6 (eBook) DOl 10.1007/978-3-642-86153-6 Umschlagentwurf: W. EISENSCHINK, Heidelberg Das Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesondere die der Obersetzung, des Nachdruckes, der Entnahme von Abbildungen, der Funk sendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ahnlichem Wege und der Speiche rung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, aum bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Bei Vervielfaltigungen fiir gewerbliche Zwecke ist gemaB § 54 UrhG eine Vergiitung an den Verlag zu zahlen, deren Hohe mit clem Verlag zu vereinbaren ist. © by Springer-Verlag Berlin· Heidelberg 1969. Library of Congress Catalog Card Number 79-94157. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in die sem Werk berechtigt allch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinn der Watenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden diirften. Titel-Nt.7234 Vorwort Guter Mond, du gehst so stille durch die Abendwolken hin. Deines Schöpfers weiser Wille hieß auf jene Bahn dich ziehn. (Aus einem alten Volksliede) Der Mond, dieser stille Begleiter unserer Erde und stumme Wächter unserer Nächte, steht gegenwärtig nicht nur im Vorder grund des Interesses der Astronomen, sondern er ist auch in den Mittelpunkt der Weltöffentlichkeit gerückt, da Amerikaner bereits auf ihm gelandet sind. Unser Büchlein soll weiten Kreisen Kenntnisse vom Monde vermitteln, die von Astronomen in meist lebenslanger, zäher For schungsarbeit mit unermüdlichem Fleiße gewonnen wurden. Ihre Ergebnisse sind die Wegbereiter zur bevorstehenden Mondlandung. Vieles wird freilich nach dem ersten Spaziergang auf dem Monde zu korrigieren sein. So gesehen kann die folgende Beschreibung auch als eine Ge schichte der Mondwissenschaft gelten, die den riesigen Unterschied zwischen den klassischen Methoden der Astronomie aus großer Entfernung und der unmittelbaren astronautischen Erforschung des Mondes augenfällig macht. Wir haben unsere fünf Kapitel in eine beinahe chronologische Reihenfolge der Entwicklung gegliedert. Unsere ältesten Erkennt nisse beziehen sich auf die Form und Bewegung des Mondes. Mit der Erfindung des Fernrohrs im 17. Jahrhundert begann die Zeit der Selenographie (griechisch: Selene = Mond), die später in der Mitte des vorigen Jahrhunderts in die Physik des Mondes mün dete. Wenn die Mondfinsternisse zu Beginn der Zivilisation die ersten Zeugen des Interesses an der Astronomie waren, so hat sich doch dieser Zweig der Astronomie erst in den letzten Jahrzehnten zu einem Höhepunkt entwickelt. Mit seinen Methoden und Ergeb- v nissen bildet er einen natürlichen übergang zur Raumerforschung des Mondes, mit der wir dieses Büchlein abschließen wollen. Des sen Zweck ist erfüllt, wenn es dem Leser einen knappen überblick über die Mondforschung und einen Einblick in die zu überwinden den Schwierigkeiten einer Mondlandung vermittelt hat. Mein Dank gehört dem Verlag für sein Entgegenkommen in bezug auf die zahlreichen Abbildungen, GUSTAV ENDLICHER für die sprachliche Mithilfe und Prof. Dr. KARL VON FRISCH für manche stilistische Verbesserungen. Paris, Juli 1969 F. LINK VI Inhaltsverzeichnis 1. Einführung . . . . . . . . . Der Mond in 400 Worten . . . . 1 Kleine Geschichte der Mondforschung 2 2. Lage und Bewegung des Mondes 3 Entfernung des Mondes . . . 3 Bahnbewegung des Mondes. . 5 Beschleunigung der Mondbewegung 9 Masse des Mondes . 10 Größe des Mondes. . . . . 12 Mondphasen . . . . . . . 12 Mondphasen im Kalenderwesen 13 Aschgraues Licht des Mondes 14 Rotation des Mondes. . . . 15 Tag und Namt auf dem Monde 19 3. Selenographie . . . . . 21 Selenographisme Koordinaten 21 Kartographie des Mondes 22 Höhenbestimmungen auf dem Monde 25 Mondgebilde . 27 Mondkrater 30 Mäanderrillen 32 Ober den Ursprung der Mondformationen . 34 4. Physik des Mondes. . . . . . . . . 38 Photometrische Eigenschaften der Mondoberfläche 38 Lumineszenz des Mondes. 40 Temperatur des Mondes . 43 Heiße Fledte am Monde . 46 Atmosphäre des Mondes . 47 Smwere auf dem Monde . 49 Wasser auf dem Monde . 51 Radaruntersumungen des Mondes . 52 VII Vulkanismus auf dem Monde 55 Vorübergehende Ereignisse auf dem Monde 56 5. Mondfinsternisse 58 Allgemeine Bedingungen der Mondfinsternisse 58 Beschreibung einer Mondfinsternis 60 Photometrische Theorie der Mondfinsternisse 61 Vergrößerung des Erdschattens. 63 Halbschattenfinsternisse des Mondes 65 Danjonsche Beziehung . 66 Mondfinsternisse in der Geschichte 69 6. Raumerforschung des Mondes 71 Etappen der Raumerforschung . 71 Ein wenig Himmelsmechanik 72 Harte Landung auf dem Monde 74 Weiche Landungen auf dem Monde 77 Umkreisung des Mondes . 81 Landung des Menschen auf dem Monde . 84 Apollo ll-Flug in Schlagzeilen 89 Schluß 91 Stichwortverzeichnis 93 VIII 1. Einführung Der Mond in 400 Worten. Der Mond ist unser natürlicher Be gleiter im Gegensatz zum Haufen der kleineren, künstlichen Satelli ten, die er durch seine Größe und sein Alter übertrifft. Der Mond durchmesser beträgt 3476 km (27% der Erde), seine Oberfläche 38 Millionen km2 (7,4%) und sein Rauminhalt 22 Milliarden km3 (2,0%). Die Masse des Mondes ist 1/81 der Erdmasse und die mitt lere Dichte 3,3 derjenigen des Wassers. Die Schwere am Monde ist sechsmal geringer als die auf der Erde. Der Mond ist von uns im Mittel 384400 km entfernt und dieser Wert ändert sich im Mittel nur um ± 5% während seines Umlaufes, der 271/4 Tage dauert. Die Mondphasen wiederholen sich in der Zeitspanne von 291/2 Tagen. Im Kalender spielt diese Periode eine große Rolle, da sie die Länge des Monats be stimmt. Der Mond dreht sich um seine Achse in derselben Zeit, in welcher er seinen Umlauf um die Erde vollendet. Deshalb zeigt uns der Mond immer dieselbe Seite seiner Oberfläche. Die Bewe gung des Mondes im Raume ist eine der kompliziertesten Be wegungen der Himmelskörper, die wir theoretisch fast restlos er faßt haben. Der Mond sendet drei Arten von Strahlungen aus. Die stärkste Strahlung ist von der Oberfläche gestreutes Sonnenlicht, obzwar davon nur etwa 7% in den Raum zurückgeworfen werden. Die zweite, nur wenige Prozent des gesamten Lichts betragende Kom ponente ist die Lumineszenz der Mondoberfläche. Sie wird durch die kurzwelligen und korpuskularen Sonnenstrahlen erregt. Die dritte Art ist die für unsere Augen unsichtbare Wärmestrahlung + der Mondoberfläche, die große Gegensätze zeigt ( 140° C auf der Mitte der Vollmondscheibe, _150° C auf der Mitte der Neumond scheibe). Der Mond besitzt fast keine erkennbare Atmosphäre. Auch Wasser ist auf der Mondoberfläche nicht vorhanden. Deshalb ist 1 Link, Der Mond 1 das Leben auf dem Monde nach irdischen Gesichtspunkten ganz unmöglich. Für das vielgestaltige Mondrelief sind die Krater charakteri stisch. Ihre Größe geht von den kleinsten (20 cm) Aushöhlungen bis zu weiten (200 km) Ringgebirgen, ihre Gesamtzahl beträgt mehrere Millionen. Die meisten Krater verdanken ihren Ursprung den Meteoritenstürzen, ebenso wie die von manchen Kratern aus gehenden hellen Strahlen. Die dunklen Flecken, die man früher für Meere hielt, sind wahrscheinlich die erstarrten Partien der ge schmolzenen Oberfläche. Die obersten Schimten der Mondober fläche sind staubartig und von geringer Dichte. Die Erde verfinstert mandJ.mal den Mond mit ihrem Schatten. Die Mondfinsternisse gehören zu den ältesten Himmelserscheinun gen, die in der Gesmichte der Astronomie verzeichnet sind. Der Mond, der bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts im Interes sengebiet der Astronomen und im Reiche der Dichter lag, wurde in jüngster Zeit ein angesteuerter Zielpunkt der Astronauten. Möge uns dieser Wetteifer zwischen Amerika und der Sowjet union keinen Schaden, sondern nur Bereicherung unserer Erkennt nisse bringen! Kleine Geschichte der Mondforschung 2283 v. Chr. E~ste Beobachtung einer Mondfinsternis In Mesopota mlen. 632-546 THALES entdeckt die Ursache der Mondphasen. 500-450 ANAXAGORAS entdeckt die Ursache der Mondfinsternisse. 150-130 HIPPARCHOS bestimmt die Mondentfernung. 2. Jh. n. Chr. PTOLEMÄUS schafft die erste empirische Theorie der Mondbewegung. 1609 GALILEIS erste teleskopische Beobachtung des Mondes. 1619 SCHEINER (Ingolstadt) zeichnet die erste Mondkarte. 1651 RrCCIOLI (Bologna) benennt die Mondkrater. 1666 NEWTON entdeckt das Gravitationsgesetz mit Hilfe der Mondbewegung. 1687 NEWTON gibt die erste mathematische Theorie der Mondbewegung. 1693 CASSINI (Paris) gibt die Gesetze der Mondrotation. 1707 LAHIRE (Paris) bestimmt die Schattenvergrößerung während der Mondfinsternisse. 1860 Erste Photographie des Mondes durch WARREN DE LA RUE (England). 1868 Erste Messung der Mondtemperatur durch Lord ROSSE (England). 2 1893 GILBERT (USA) formuliert die Meteoritenhypothese der Krater. 1920 DANJoN (Strasbourg) entdeckt die Beziehung zwischen der Helligkeit der Finsternisse und der Sonnenaktivität. 1946 Erstes Radarecho von dem Monde durch BAY (Ungarn). 1946 Nachweis der Mondlumineszenz im Halbschatten durch LINK (Ondrejov). 1955 Nachweis der Mondatmosphäre durch ELSMORE (Eng land). 1959 13. IX. Der russische Lunik 2 stürzt auf den Mond. 1959 7. X. Der russische Lunik 3 photographiert die andere Seite des Mondes. 1964 31. VII. Der amerikanische Ranger 7 photographiert den Mond aus geringer Höhe. 1966 3. II. Weiche Landung der russischen Luna 9. 1966 2. VI. Weiche Landung des amerikanischen Surveyor 1. 1968 24. XII. Erste Umkreisung des Mondes durch drei amerikanische Astronauten (Apollo 8). 1969 20. VII. Landung auf dem Mond durch ARMSTRONG und ALDRIN (Apollo ll-Unternehmen). 21. VII. Um 3.56 (MEZ) macht ARMSTRONG den ersten Schritt im Meer der Ruhe. 24. VII. ARMSTRONG, ALDRIN und COLLINS landen im Pazifik. Apollo 11 erfolgreich abgeschlossen. 2. Lage und Bewegung des Mondes Entfernung des Mondes. Die Bestimmung der Mondentfer nung beruht im allgemeinen auf den Messungen der Mondparal- Erde Abb. 1. Bestimmung der Mondentfernung laxe, d. h. eines Winkels, unter welchem der Mondbeobachter eine bestimmte Längenbasis auf der Erde sieht. Nehmen wir im ein fachsten Falle zwei Erdbeobachter Bi und B (Abb. 1) an, die sich 2 1* 3