Planetenweg der Linzer Astronomischen Gemeinschaft

Erde - Mond

Foto: NASA
Erde und Mond

Erde und Mond im Größenvergleich.

(Fotos: NASA)

Wir Erdbewohner betrachten die Nachbarplaneten im Sonnensystem und die Sterne am Nachthimmel mit dem Wissen, dass diese zumindest in den nächsten Jahren für uns Menschen nicht erreichbar sein werden. Aber die Wissenschaft versucht intensiv, diese Himmelskörper aus großer Distanz möglichst umfassend zu erforschen und sie zu beschreiben. Wir von der Linzer Astronomischen Gemeinschaft versuchen dies hier in bescheidener Form mit unserem Planetenweg.

Wie aber würde ein außerirdischer Besucher unseren eigenen Planeten beschreiben?
Vielleicht etwa so:

Von der Sonne ausgehend ist die Erde der dritte Planet. Sie ist bereits aus großer Entfernung vor dem schwarzen Hintergrund des Weltalls als blaue Scheibe erkennbar. Vorerst vermutet man einen Doppelplanet, denn der einzige natürliche Begleiter des Planeten, der Mond, besitzt fast ein Drittel der Größe des blauen Planeten. Den Mond umgibt keine nennenswerte Atmosphäre, so dass eine von Kratern übersäte, durchgehend feste Oberfläche erkennbar ist. In der Erdatmosphäre befinden sich dagegen Wolken aus Wasserdampf, welche nicht überall den direkten Blick auf die Oberfläche des Planeten zulassen.

Die Oberfläche der Erde besteht zu knapp einem Drittel aus festem Boden, mehr als zwei Drittel sind mit Wasser bedeckt. 98% des Wassers auf der Erde ist Salzwasser, der Rest ist Süßwasser, das zu rund zwei Drittel als Eis in fester Form an den Polen gebunden ist. Die Erde ist der einzige Planet im Sonnensystem, auf dem Wasser in allen drei Aggregatzuständen (als Eis, flüssiges Wasser und als Wasserdampf) dauernd vorhanden ist. Dieses Wasser ist die Grundlage für den Bestand einer Biosphäre mit vielfältigsten Lebensformen, wie sie sonst nirgendwo im Sonnensystem zu finden ist. Auch die Atmosphäre, die aus ca. 78% Stickstoff und ca. 21% Sauerstoff besteht, trägt zu dieser Einzigartigkeit bei, da sie im Vergleich zu anderen Planeten für relativ geringe Temperaturschwankungen sorgt: Die Temperatur auf der Erdoberfläche liegt im Bereich von -89°C bis +58°C, der Mittelwert liegt bei +15°C. Ohne schützende Atmosphäre würde die Durchschnittstemperatur auf der Erde nur etwa -18°C betragen.

Die Erde ist etwa 4,6 Milliarden Jahre alt. Die ersten einfachen Lebensformen entwickelten sich vor 3,9 bis 3,5 Milliarden Jahren, erste mehrzellige Lebensformen sind vor 2,1 Milliarden Jahren nachweisbar.

Die Erde aus der Sicht des Menschen: Eine Beschreibung von Zahlen und Größen, die wir von der Erde abgeleitet haben.

Wir haben aus der Dauer einer vollen Umdrehung der Erde um ihre Achse und der Dauer einer vollständigen Umkreisung um die Sonne die grundlegenden Einheiten für unsere Zeitmessung - den Tag und das Jahr - abgeleitet. Die Zeitdauer, die der Mond zur Umkreisung der Erde benötigt, bezeichnen wir als ein Monat. Aus dem Vierzigmillionsten Teil des Äquatorumfangs der Erde leiteten wir die gebräuchlichste Einheit für Längenmessungen, das Metermaß, ab. Die mittlere Entfernung von der Erde zur Sonne, die wir als Astronomische Einheit bezeichnen, haben wir als Längenmaß für interplanetare Entfernungsangaben festgelegt. Der Gefrier- und der Siedepunkt des Wassers bilden die Fixpunkte unserer Temperaturskala (Grad Celsius).

Diese Beispiele sind unvollständig, aber die Anwendung dieser Zahlen und Größenordnungen sind ein wichtiger Teil unseres Lebens geworden und ermöglichen uns den Vergleich mit - in unserem Fall - anderen Himmelskörpern:

ErdeAbsolutRelativPlanetenweg
Sonnenabstand150 Mio.km1,0 x Erde75 m
Durchmesser12.756 km1,0 x Erde6,4 mm
Masse6,0x1024 kg1,0 x Erde0,75 g
Schwerebeschl.9,8 m/s²1,0 x Erde
Rotationszeit23h 56m 41s1,0 x Erde
Umlaufzeit365,25 Tage1,0 x Erde
Bahngeschw.30 km/s1,0 x Erde
Lichtlaufzeit8m 18s

Vom Nordpol aus gesehen dreht sich die Erde gegen den Uhrzeigersinn um ihre Achse. Auch der Umlauf um die Sonne erfolgt entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Erde umkreist die Sonne mit einer Geschwindigkeit von knapp 30 Kilometern pro Sekunde oder rund 108.000 Kilometern pro Stunde. Sie dreht sich in knapp 24 Stunden einmal um die eigene Achse. Die Geschwindigkeit der Erdrotation beträgt am Äquator 1667 km/h oder 463 m/s. Die Eigenrotation ist so schnell, dass durch die Fliehkraft eine Ausbuchtung im Äquatorbereich und Abplattungen an den Polen entstehen. Der Durchmesser der Erde am Äquator ist um ca. 43 km größer als von Pol zu Pol. Diese besondere, von der Kugelform der Erde abweichende Gestalt der Erde führt dazu, dass nicht der Gipfel des Mount Everest (8848 m), sondern der Gipfel des 6268 m hohen Chimborazo in Ecuador am weitesten vom Erdmittelpunkt entfernt ist.

Die Drehachse der Erde ist um 23,5° gegen die Bahnebene geneigt. Dies bedingt im Laufe einer Sonnenumkreisung (eines Jahres) eine unterschiedlich starke Einstrahlung der Sonne auf die Nord- bzw. Südhalbkugel und führt so zur Entstehung der Jahreszeiten.

Die Erde umgibt ein zweipoliges Magnetfeld, welches das Auftreffen der Partikel des Sonnenwindes auf die Erde fast gänzlich verhindert. Die Lage der Pole des Magnetfeldes verschiebt sich Jahr für Jahr um einige Kilometer. Aktuell weicht die Achse des Magnetfeldes rund 11,5° von der Rotationsachse der Erde ab.

Der Mond

Der Mond hat einen Durchmesser von 3476 km, womit die Erde nur 3,7-mal gößer ist als ihr Trabant. Das ist der kleinste Größenunterschied zwischen einem Planeten und dem dazugehörigen Mond in unserem Sonnensystem. Erde und Mond bewegen sich um einen geinsamen Schwerpunkt, dem Baryzentrum, das allerdings noch im Inneren der Erde, etwa 1700 km unter der Erdoberfläche liegt, da das Massenverhältnis zwischen Erde und Mond etwa 81:1 beträgt.

Der Mond dreht sich in 27,3 Tagen einmal um die Erde. In derselben Zeit dreht er sich einmal um seine eigene Achse, so dass er der Erde immer dieselbe Seite zuwendet. Der Mond stabilisiert die Stellung der Erdachse und erhält somit die Lage der Klimazonen und die Lebensbedingungen auf der Erde konstant.

Die Entstehung von Ebbe und Flut auf der Erde wird im Wesentlichen durch die Anziehungskraft des Mondes bewirkt. Die Eroberfläche, sowohl an Land als auch Wasser, wird durch die Gezeiten fast einen halben Meter angehoben. Die Größe des Tidenhubes (Unterschied zwischen Ebbe und Flut) an den Küsten der Erde wird aber wesentlich durch Fließbewegungen des Wassers bestimmt. Das Auflaufen der Gezeitenwellen auf die Küsten wirkt bremsend auf die Erdrotation, so dass die Tageslänge um etwa 20 Mikrosekunden pro Jahr zunimmt.

MondAbsolutRelativPlanetenweg
Erdabstand384.400 km19 cm
Durchmesser3.476 km0,27 x Erde1,75 mm
Masse7,4x1022 kg0,012 x Erde0,009 g
Schwerebeschl.1,6 m/s²0,17 x Erde
Rotationszeit27d 7h 43m27,3 x Erde
Umlaufzeit27,3 Tage
Bahngeschw.1,0 km/s0,03 x Erde

Erforschung

Aristarch von Samos versuchte bereits im 2. vorchristlichen Jahrhundert die Entfernung des Mondes zur Erde zu bestimmen. Er ermittelte eine Entfernung von 19 Erdradien (tatsächlicher Wert: 60 Erdradien) und lag damit größenordnungsmäßig bereits richtig.

Nach der Erfindung des Fernrohrs beschrieb Galileo Galilei 1609 erstmals die Mondoberfläche und ihre Krater im Detail. Seine Beobachtungen lösten aber heftigen Widerspruch aus, waren doch die Naturphilosophen in der Tradition des Aristoteles fest davon überzeugt, dass Himmelskörper nur perfekte (also glatte) Kugeln sein könnten.

Im Jahr 1666 führten Überlegungen Sir Isaac Newton zu der Erkenntnis, dass die Kraft, die einen Apfel zur Erde fallen lässt, dieselbe Kraft sein müsse, die den Mond auf seiner Bahn um die Erde hält, und führten ihn so zur Formulierung eines universell gültigen Gravitationsgesetzes.

Am 4. Januar 1959 - nur fünfzehn Monate nach dem Start des ersten künstlichen Erdsatelliten Sputnik 1 - flog die sowjetische Lunik 1 als erste Raumsonde überhaupt am Mond vorbei. Am 13. September 1959 schlug Lunik 2 als erstes von Menschen gebautes Objekt gezielt auf der Mondoberfläche auf. Etwa ein Monat später sendete Lunik 3 die ersten Bilder von der stets von der Erde abgewandten Rückseite des Mondes zur Bodenstation. Die erste weiche Landung einer Raumsonde auf dem Mond gelang mit Luna 9 am 3. Februar 1966 ebenfalls der Sowjetunion.

Am 21. Juli 1969 um 3:56 Uhr MEZ betrat der US-Astronaut Neil Armstrong als erster Mensch den Mond und somit erstmalig einen Himmelskörper. Im Rahmen des Apollo-Programms der NASA wurden zwischen 1969 und 1972 insgesamt sechs Mondlandungen durchgeführt. Damit haben bis heute 12 Menschen den Mond betreten.

Beobachtung

Schon ein Fernglas lässt auf dem Mond einzelne Krater erkennen. Ein kleines Teleskop zeigt zahllose Krater und Gebirgszüge auf der Mondoberfläche. Zur Beobachtung von Oberflächendetails am Mond eignet sich am besten die Nächte um Halbmond, wenn Berge und Krater lange Schatten werfen und so plastisch hervortreten. Die Zeit um den Vollmond ist für derartige Beobachtungen weniger geeignet.

Mond

Der Mond, aufgenommen mit dem Teleskop der Kepler-Sternwarte Linz.

(Foto: Herbert Raab / LAG)