Der-Mond.org
Die Seite rund um das Thema Mond
URL der ausgedruckten Seite:
http://www.der-mond.org/basiswissen/der-mond-basiswissen-aufbau-und-merkmale
Ausdruck vom 26.09.2020

Basiswissen rund um den Mond: Aufbau, Grunddaten, Oberflächenstrukturen

Ein Beitrag von Mathias Scholz und erweitert von Stefan van Ree 2020

Inhaltsübersicht

1. Der Erdmond

Das Gedicht „Der Mond ist aufgegangen“ von MATTHIAS CLAUDIUS (1740-1815, Abendlied, 1778) hat viele namhafte und weniger namhafte Astronomen, Philologen, Literaturwissenschaftler und interessierte Laien zu einer Deutung des „astronomischen“ Inhalts dieses romantischen Gedichts hinreißen lassen. Genauer, die scheinbar widersprüchlichen ersten Zeilen der dritten Strophe wo es heißt „Seht ihr den Mond dort stehen – Er ist nur halb zu sehen – Und ist doch rund und schön“. Nun ja, wir wollen das Thema nicht weiter vertiefen und verweisen auf die zahlreiche Fachliteratur zu diesem literarischen Werk. Vom astronomischen Standpunkt aus ist der Mond wirklich ein nahezu runder Körper von 3476 km Durchmesser. Und daß er auch schön ist, kann jeder bestätigen, der seine beeindruckenden Kraterlandschaften einmal in einem guten Fernrohr gesehen hat. Oder der die schmale Mondsichel an einem lauen Frühlingstag - vielleicht neben der hellleuchtenden Venus - über einer Berglandschaft in Ruhe betrachten konnte – so wie es CASPAR DAVID FRIEDRICH (1774-1840) 1819 stimmungsvoll gemalt hat. Der Erdmond bewegt sich in einer mittleren Entfernung von 384403 Erdmond km in 27.32 Tagen einmal um die Erde (siderische Umlaufszeit). Relativ zur Sonne bleibt seine Bahn jedoch immer in Richtung Sonne gekrümmt. Deshalb – und wegen seiner für Monde ungewöhnlich großen Masse (1/83 der Erdmasse) in bezug auf den Mutterplaneten, spricht man besser von einem Doppelplaneten Erde-Mond.

Bereits mit freiem Auge sind auf seiner ca. ½° großen Scheibe helle und dunkle Gebiete auszumachen. Aber erst ein Blick durch ein Fernrohr zeigt seine wahren Oberflächenstrukturen – dunkle, von hohen Gebirgszügen umgebende Mare-Gebiete und von Einschlagkrater zerfurchte Hochländer (Terrae). Die Deutung dieser erst im Fernrohr sichtbaren morphologischen Merkmale war zu Beginn der Selenographie im 17. und 18. Jahrhundert noch weitgehend strittig. Das macht sich auch in der Bezeichnungsweise bestimmter Landschaftsformen bemerkbar wie z.B. Mare für „Meer“ (obwohl es auf dem Mond kein Wasser gibt), Sinus für „Meerbusen“, Lacus für „See“ oder Palus für „Sumpf“. Erst im Jahre 1780 äußerte der deutsche Gelehrte FRANZ ULRICH THEODOR AEPINUS (1724-1802) den Gedanken, daß es sich bei dem auf dem Mond häufigen Ringgebirgen um erloschene Vulkane handelt. Erst seit dieser Zeit wurde der Begriff „Mondkrater“ unter den Astronomen gebräuchlich.

Bis etwa zum Ende des 19. Jahrhunderts konzentrierten sich die professionellen Mondbeobachter auf die genaue Kartographie der sichtbaren Seite des Erdtrabanten und weniger auf die Frage, wie das, was sie durch ihr Fernrohr sahen, entstanden ist. Sehr viel Mühe und Fleiß wurde vielmehr in die Erstellung möglichst detailreicher Mondkarten investiert. Erwähnt seien in diesem Zusammenhang nur die bekannte „Topographie der sichtbaren Mondoberfläche“ des Dresdners WILHELM GOTTHELF LOHRMANN (1796-1840; „Lohrmann‘sche Mondkarte“, 1824) und die „Mappa Selenographica“ von WILHELM WOLFF BEER (1797-1850) und JOHANN HEINRICH MÄDLER (1794-1874) aus dem Jahre 1837. Die letzte große und auch detaillierteste Mondkarte, die anhand von Zeichnungen am Fernrohr angefertigt wurde, stammt übrigens von dem etwas exzentrischen deutschen Amateurastronomen PHILLIPP FAUTH (1867-1941) und hatte einen Durchmesser von immerhin 3.5 Meter.

Ein wichtiger Meilenstein in der Topographie und „Geologie“ der Mondoberfläche war u.a. die Erkenntnis, daß es sich bei der überwiegenden Zahl der Mondkrater nicht um Resultate vulkanischer Tätigkeit, sondern um Einschläge („Impakte“) von kleinen Himmelskörpern handelt. Diese Idee wurde 1873 zuerst von RICHARD ANTHONY PROCTOR (1837-1888) - einem damals durch seine populärwissenschaftlichen Schriften recht bekannten britischen Astronomen - vertreten und später als „Meteoritenhypothese“ weiterentwickelt. Die ungleichmäßige Verteilung der Mondkrater auf der sichtbaren Mondoberfläche ließ sich gemäß dieser Hypothese dadurch erklären, daß sie im Bereich der Mare Opfer von Lavaüberflutungen geworden sind die wiederum durch große Impakte initiiert wurden. Vollständig durchgesetzt hat sich die Impakttheorie der Mondkrater aber eigentlich erst im Vorfeld der Erkundung des Mondes durch Raumflugkörper Mitte des vorigen Jahrhunderts.

Die unbemannte und bemannte Raumfahrt hat beginnend mit Lunik 3 (1959, erste Aufnahme der Mondrückseite) über die Apollo-Missionen (1966-1972) bis hin zur geologischen Kartierung durch Clementine (19994) und Lunar Prospector (1998-1999) so viele neue und wichtige Erkenntnisse über den Erdmond geliefert, so daß man direkt von einem neuen Bild des Mondes sprechen kann. Darüber soll in den folgenden Seiten berichtet werden.

2. Der Mond in Zahlen

Allgemein

   
Mittlere Entfernung von der Erde 384.401 Kilometer
Mittlerer Durchmesser 3.476 Kilometer
Temperatur auf der Mondnachtseite -170 °C bis 185 °C
Höchsttemperatur auf der Mondtagesseite +130 °C
Konstante Temperatur in 1m Tiefe -35 °C
Umfang 10.917 Kilometer
Mittlerer Winkeldurchmesser des Mondes (geozentrisch) 31' 05,2"
Spanne zwischen höchster und niedrigster Erhebung auf dem Mond 16 Kilometer
Alter 4.527 Millionen Jahre
Scheinbare Helligkeit -12.74 mag
Lichtlaufzeit vom Mond zur Erde 1.3 Sekunden
Oberfläche 37.932.330 km² (entpsprich 7,4% der Erdoberfläche)
Gesamtfläche der Mondmeere 16,9% der Mondoberfläche
Gesamtfläche der Mondmeere auf der erdzugewandten Seite 31,2% der erdzugewandten Mondoberfläche
Gesamtfläche der Mondmeere auf der erdabgewandten Seite 2,6% der erdabgewandten Mondoberfläche

Bahnparameter

   
Mittlerer Bahnradius 384.400 Kilometer
Perigäum (Kürzeste Entfernung Erde - Mond) 356.400 Kilometer
Winkeldurchmesser im Perigäum 33' 28,8"
Apogäum (Größte Entfernung Erde - Mond) 406.700 Kilometer
Winkeldurchmesser im Apogäum 29' 23,2"
Sidirische Umlaufszeit (Im Bezug auf die Sonne) 27.321 661 Tage = 27 d 7h 43m 11,5s
Synodischer Monat (von Neumond zu Neumond) 29,530 588 Tage = 29d 12h 44min 2,8s
Anomalistischer Monat (von Perigäum zu Perigäum) 27,554 550 Tage = 27d 13h 18min 33,1s
Drehungsperiode des Pergigäum (Rückbewegung) 18,61 Jahre
Drehungsperiode des Perigäum (direkte Bewegung) 8,85 Jahre
Mittlere Schwerpunktentfernung vom Mittelpunkt der Erde 4.670 Kilometer
Mittlere Bahngeschwindigkeit um die Erde 3.681 km/h = 1.023 km/s
Mittlere Winkelgeschwindigkeit 33'/h
Bahnneigung 5′ 8' 43.4"
Maximale, optische Libration in der Länge 7′ 54'
Maximale, optische Länge in der Breite 6′ 50'
Gesamtanteil des Mondes, der beobachtet werden kann 59%
Numerische Exzentrizität 0.0549
Sidereale Rotationsperiode 27.322 Tage

Mondparameter

   
Masse 7.349 * 10²² kg (1/81,3 der Erdmasse)
Volumen 21,99 * 10⁹ Kilometer³ (2.03% des Erdvolumen
Mittlerer Radius 1.738 Kilometer
Mittlere Dichte 3.341 kg/m³ (60,6% der Erddichte
Schwerebeschleunigung 1.62 m/s² (16,5% der Erdschwerebeschleunigung)
Fluchtgeschwindigkeit 2.38 km/s⁻¹ (Auf der Erde 11.2 km/s⁻¹

Weitere Zahlen

   
Flugzeit eines Raumschiffes von der Erde zum Mond zwischen 65 und 70 Stunden
Beleuchtungsstärke des Mondes auf der Erde 0,25 Lux
Beleuchtungsstärke der Erde auf dem Mond 16 Lux

3. Aufbau des Mondes: Vom Kern bis zur Mondoberfläche

Über den inneren Aufbau des Erdmondes gibt es sehr detaillierte Modellvorstellungen. Dazu haben u.a. die sechs seismischen Stationen, die von 1969 bis 1977 in Betrieb waren und eine Vielzahl von Mondbeben registrierten, mit entscheidend beigetragen. Diese Beben, die gewöhnlich bedeutend schwächer sind als die Beben, die man von der Erde her kennt, lassen sich in vier Gruppen einteilen:

Tiefbeben

Ihr Epizentrum liegt in einer Tiefe zwischen 800 und 1000 km Ihre Stärke erreicht den Wert 1.3 auf der Richterskala

Flachbeben

Das Epizentrum fällt mit der Kruste-Mantel-Grenze in ca. 50 bis 300 km Tiefe zusammen. Sie sind oftmals stärker als Tiefbeben (bis 5 auf der Richterskala).

Impaktbeben

Treten auf, wenn meteoritische Körper (oder nicht mehr gebrauchtes Forschungsgerät) auf den Mond fällt...

Thermische Beben

Sie entstehen, wenn die Sonne die in der Mondnacht erkalteten Gestei erwärmt und sich die aufgrund der Wärmeausdehnung entstehenden Spannungen lösen.

Tiefbeben scheinen immer dann häufiger aufzutreten, wenn sich der Mond im bzw. nahe dem Perigäum befindet. Die dabei verstärkt auftretenden Gezeitenkräfte führen im erstarrten Mondinneren zu Spannungen, die durch diese Beben gelöst werden. Die relativ selten auftretenden Flachbeben haben dagegen tektonische Ursachen, die anscheinend mit Schwereanomalien zu tun haben. Das erklärt, warum ihre Epizentren hauptsächlich in Mare-Gebieten (wo sich die Mascons = Massekonzen- trationen, Gebiete mit erhöhter Schwerebeschleunigung, befinden) liegen.

Genauso wie bei der Erde kann man durch Auswertung der Laufzeitkurven von Mondb physikalischen und geologischen Bedingungen im Inneren des Mondes schließ Modellrechnungen und unter Berücksichtigung der chemischen Zusammensetzung der Ge der Mondoberfläche sowie ihres Verhaltens unter Druck ergibt sich etwa folgendes Bild:

Mondkruste

oberste, ca. 60 km (Vorderseite) bzw. 100 km (Rückseite) mächtige Schicht, bestehend aus Anorthosit und anorthositischen Gabbros (das sind nahezu reine Feldspatgesteine). Der oberste Bereich (bis 25 km Tiefe) ist durch Meteoritenimpakte stark zerklüftet. In tieferen Schichten werden die Klüfte und Risse durch den Gesteinsdruck wieder geschlossen – eine Ursache für Flachbeben.

Oberer Mantel

bis ca. 480-500 km Tiefe. Olivin- und pyroxenreiche basaltische Tiefengesteine.

Mittlerer Mantel

bis ca. 1000 km Tiefe.

Unterer Mantel

bis ca. 1300 km Tiefe, wahrscheinlich partiell geschmolzen

Kleiner Eisenkern

(Durchmesser ~ 500 bis 900 km). Seine Existenz ist aus seismischen Daten nicht eindeutig belegt, aber nach den Messungen von Lunar Prospector sehr wahrscheinlich. Wenn er existiert, kann sein innerster Bereich im geschmolzenen Zustand vorliegen. Im Vergleich zur Erde ist der Mond jedoch außergewöhnlich arm an Eisenmetallen ein Fakt, den die Theorie der Mondentstehung erklären muß.

Die Mantelgrenzen ergeben sich analog zur Erde aus Diskontinuitäten der Geschwindigkeit der verschiedenen Bebenwellen. Sie sind aber nicht sonderlich gut ausgeprägt. Messungen des lunaren Trägheitsmomentes sind am besten mit einer relativ gleichförmigen Dichteverteilung im Mondmantel verträglich.

Im Großen und Ganzen ist der Erdmond ein differenzierter, bis zum unteren Mantel vollständig erstarrter Körper, der nur noch wenig seismische und so gut wie keine tektonischen Aktivitäten mehr zeigt. Es scheint lediglich noch eine geringfügige Restentgasung aus der Kruste heraus stattzufinden, wie die Beobachtungen von sogenannten TLP`s („Transient Lunar Phenomena“) zeigen. Aufsehenerregend war in dieser Beziehung die Entdeckung des sowjetischen Astronomen NIKOLAI ALEXANDROWITSCH KOZYREW (1908-1983. Er beobachtete 1958 eine Gas- oder Staubwolke im Innern des Kraters Alphonsus, die er auch spektroskopierte. Seitdem wurde eine Vielzahl von TLP`s an verschiedenen Stellen des Mondes beobachtet. Besonders der junge Krater Aristarch ist durch seine „Moonblinks“ bekannt geworden. Auch die TLP`s zeigen – wie die Tiefbeben – eine Häufung zu Zeiten, wo der Mond der Erde besonders nahe steht. Dieser Effekt wird Middlehurst-Effekt genannt.

4. Die Merkmale der Mondoberfläche

Dadurch, daß die Mondoberfläche seit ihrer Entstehung aus einem erstarrenden Magmaozean im wesentlichen nur exogenen Prozessen in Form von Meteoritenimpakten und auftreffender solarer und kosmischer Strahlung ausgesetzt war, zeigt sie sich auch heute noch in einer urtümlichen und von tiefgreifenden Erosionsprozessen weitgehend verschonten Form. Das ist auch nicht weiter verwunderlich, da seit je eine dichte Atmosphäre als auch flüssiges Wasser - die neben der Plattentektonik wichtigsten oberflächenverändernden Faktoren auf der Erde - auf dem Mond fehlen. Man kann sogar sagen, daß mehr als 99% der gesamten Oberfläche des Erdtrabanten älter als 3 Milliarden und ca. 80% sogar älter als 4 Milliarden Jahre ist. Wenn man mit oder ohne einem Fernrohr den Mond betrachtet, sieht man demnach Landschaften, die noch aus der Frühgeschichte des Sonnensystems stammen.

Die beiden auffälligsten Landschaftstypen sind die hellen, mit Impaktkratern gesättigten Hochländer und die mit dunklen Flutbasalten aufgefüllten Maregebiete. Letztere entstanden, als riesige Einschlagbecken in einer Phase verstärkten Vulkanismus mit aus dem Mondinnern hervorbrechenden Lavaströmen ausgefüllt wurden. Deshalb findet man in den Maregebieten vereinzelt herausragende Bergspitzen (z.B. Mons Piton im Mare Imbrium) und - etwas häufiger - ganz oder teilweise überflutete „Geisterkrater“ (z.B. Stadius). Typisch für Mare sind auch die bei niedrigen Sonnenstand sehr gut sichtbaren Höhenrücken (Dorsae), die mehrere 100 km lang werden können, aber ansonsten sehr flach (Höhe ca. 100 m) sind. Sie entstanden beim Erstarren der Lava aufgrund der dabei seitlich aufgebauten Drücke. Vulkanischen Ursprungs sind auch die sogenannten Rillen, bei denen es sich häufig um eingestürzte Lavakanäle handelt. Auch sie erreichen teilweise eine Länge von einigen 100 km. Sehr schön kann man ihre Entstehung im Fall des Doms Burt E. studieren (Domkrater sind kleine, meist unscheinbare Vulkanbauten am Rande von Maregebieten), der sich unweit der „Großen Wand„ (Rupes Recta) im Mare Nubium befindet. Ursprünglich war dieser Dome nichts anderes als eine Lavablase, aus der vor mehr als 3 Milliarden Jahren über einen längeren Zeitraum hinweg dünnflüssiges Gestein ausfloß. Ähnlich wie bei irdischen Flüssen arbeitete sich dieser Lavastrom erosiv in den Untergrund ein, wobei die etwas schneller abkühlende Oberfläche zunehmend erstarrte. Auf diese Art und Weise entstand schließlich eine Lavaröhre, wie man sie auch (wenn auch nicht mit diesen Ausmaßen) von irdischen Vulkanen her kennt. Irgendwann nach ihrer Entleerung ist sie dann eingebrochen und es entstand die feine Rille, die man heute bei günstigen Sonnenstand und guter Luftruhe bereits mit einem Amateurfernrohr sehen kann.

Eine andere Form von Rillen stellen die sogenannten Spannungsrisse dar, die sich z.B. beim Erstarren der Flutbasalte gebildet haben. Sie entstehen immer dann, wenn die Gesteine die Spannungen, die dabei auftreten, nicht mehr gewachsen sind und zerbrechen. Spannungsrisse reichen tief in die Mondkruste hinein, sind aber fast vollständig mit Regolith verfüllt so daß sie an der Oberfläche nur schwer auszumachen sind. Ein schönes Beispiel für ein System von derartigen Spannungsrissen findet man im Westteil des Mare Humorum.

Die ringförmigen Maria („Impact basins“) sind teilweise von hohen, wenn auch nur sehr flach ansteigenden Gebirgsketten umgeben. Sie stellen die Kraterwälle der mehr als 1000 km großen Impakte dar, aus denen dann später die Mare entstanden sind. Obwohl diese Gebirgsketten oder Bögen die Namen bekannter irdischer Gebirge erhalten haben („Alpen“, „Apenninen“), haben sie in ihrem geologischen Aufbau nichts mit ihnen zu tun, da sie ausschließlich aus ausgeworfener Mondkruste bestehen.

Das tiefste Impaktbecken auf dem Mond befindet sich in der Nähe des Südpols. Es ist das Aitken- Becken, dessen größte Tiefe 8200 m unterhalb der Referenzhöhe liegt, welches den Nullpunkt für Höhenmessungen definiert. Da bei dem Impakt, welches das Aitken-Becken ausgehoben hat, Material aus dem oberen Mondmantel freigesetzt wurde, hat man es unter geologischen Gesichtspunkten sehr genau untersucht. So ist der Bereich des Kraterbodens reicher an Eisen- und Magnesiummineralen (z.B. Pyroxene) als das umgebende Hochland, welches hauptsächlich aus Anorthositen aufgebaut ist. Die Hoffnung, daß es in bestimmten Teilen des Aitken-Beckens - und zwar an den Stellen, die aufgrund ihrer tiefen Lage immer im Schatten liegen - Wassereis gibt, ist möglich, aber noch nicht 100 prozentig erwiesen.

Impaktkrater gibt es auf dem Mond in allen Größenordnungen. Die größten von ihnen werden als Wallebenen bezeichnet, wenn ihr Durchmesser die 100 km-Marke überschreitet und sie keinen Zentralberg besitzen. Beispiele dafür sind auf der Mondvorderseite die riesige Wallebene Clavius (Durchmesser ca. 225 km) und der ähnlich wie die Mare einst von Laven überflutete Plato im westlichen Teil der Mondalpen (Durchmesser ca. 100 km). Besitzen die Krater jedoch einen deutlich sichtbaren Zentralberg und terassenförmige Kraterwälle, dann spricht man von Ringgebirgen. Sie haben einen Durchmesser, der meist deutlich größer als 60 km ist und stellen sogenannte komplexe Impaktkrater dar. Ein besonders eindrucksvolles Ringgebirge ist Theophilus im Bereich des nördlichen Mare Nectaris, dessen Wälle eine Höhe von fast 7000 m erreichen. Er gilt als eines der schönsten Objekte für den Mondbeobachter und ist besonders gut wenige Tage vor dem ersten Viertel zu sehen. Eine gewisse Berühmtheit hat das Ringgebirge Alphonsus nahe der Mitte der sichtbaren Mondscheibe erlangt, als 1958 der russische Astronom NIKOLAI ALEXANDROWITSCH KOZYREW (1908-1983) im Bereich des Zentralberges einen Gasaustritt beobachten konnte.

Die größte Population von Kratern stellen jedoch die Kleinkrater ohne erkennbaren Zentralberg und die kreisförmigen Kratergruben dar, deren Wälle sich kaum von der Umgebung abheben. Man kann sie in großer Zahl besonders gut in den Mare-Gebieten studieren, wo - im Gegensatz zum Hochland - die Landschaft mit Impakten noch nicht gesättigt ist.

5. Lunare Stratigraphie und Geologie

Die Ausbildung der grundlegenden Oberflächenmorphologie des Erdmondes war im wesentlichen bereits vor 3 Milliarden Jahren beendet, als Flutbasalte einige der großen, durch Impakte entstandenen Becken auffüllten. Danach wurde die Oberfläche nur noch relativ geringfügig durch Meteoriteneinschlag verändert. Erosion in der Art, wie man sie von der Erde her kennt, gibt es auf dem atmosphärenlosen Mond nicht so daß einmal entstandene Oberflächenformen lange Zeiträume überstehen können. Aus kosmogonischen Überlegungen folgt außerdem, daß die ober- flächenformenden Impakte seit der Entstehung des Mondes kontinuierlich abgenommen haben so daß sie bereits nach etwas mehr als einer Milliarde Jahre im Vergleich zu der Zeit davor nur noch vereinzelt auftraten. Deshalb kann man auch anhand von Kraterstatistiken so etwas wie eine „lunare Stratigraphie“ entwickeln, über die sich die Entstehungszeiträume bestimmter Oberflächenstrukturen zueinander in Beziehung setzen lassen. Diese zeitliche Reihenfolge kann im Fall des Erdmondes sogar absolut geeicht, d.h. mit echten Zeitmarken versehen werden, da sich mittels radiochemischer Methoden das Alter der bei den Mondmissionen eingesammelten Gesteinsproben bestimmen läßt. Damit ergibt sich für die Geschichte der Mondoberfläche in etwa folgendes Bild:

Diese Epoche beschreibt den zeitlichen Bereich zwischen der Bildung der ersten festen Kruste des Mondes bis zum Nectaris-Impakt, aus dessen Multiringstruktur sich durch Magmaüberflutungen das Mare Nectaris gebildet hat. Es liegt auf der Mondvorderseite zwischen dem Mare Tranquillitatis und dem Mare Fecundidatis und wird westlich durch die Mond-Pyrenäen begrenzt. Der größte Teil der hellen und stark zerkraterten Mondhochländer wird dem pre-Nectarian zugeordnet. Es dokumentiert die Zeit, wo der Mond dem stärksten Meteoritenbombardement seiner Geschichte ausgesetzt war.

Nectarian (nektarisches Zeitalter, zwischen 3.92 und 3.85 Milliarden Jahre)

Zum nektarischen Zeitalter werden alle Oberflächenstrukturen und Deposite gerechnet, die zwischen dem Nectaris-Impact und der Bildung des Mare Imbrium-Impaktbeckens entstanden sind. Dazu gehören das Mare Crisium und das Mare Serenitatis sowie einige andere Multiringstrukturen.

Imbrian (imbrisches Zeitalter, zwischen 3.85 und 3.15 Milliarden Jahre)

Gewöhnlich wird das Imbrian in zwei Unterabschnitte geteilt. Im unteren Imbrian entstanden die Becken, die heute das Mare Imbrium und auf der Mondrückseite das Mare Orientale bilden wobei der Mare-Imbrium-Impakt den Beginn und der Mare Orientale-Impakt das Ende dieser Unterepoche kennzeichnen. Danach folgt das „obere Imbrian“, dessen Ende sich aus dem Verschwinden einer Klasse von Kratern bestimmter Größe durch Erosionsprozesse (Überprägung durch kleinere Impakte) statistisch ergibt.

Eratosthenian (eratosthenisches Zeitalter, zwischen 3.15 und ungefähr 1 Milliarde Jahre)

Die eratosthenische Epoche schließt sich an das Imbrian an und umfaßt über 3 Milliarden Jahre, die durch eine dramatische Abnahme der Impakthäufigkeiten und damit Kraterbildungen gekennzeichnet sind.

Copernican (kopernikanisches Zeitalter, begann vor ca. 1 Milliarde Jahre)

Zu dieser jüngsten Epoche der Mondoberfläche gehören alle Krater mit ausgedehnten Strahlenstrukturen, wie man sie von Tycho, Kepler und dem Kopernikus-Krater her kennt. Diese Strukturen, die besonders zur Vollmondzeit gut sichtbar sind, zeugen von relativ frisch ausgeworfenem Materials, die man als Ejekta bezeichnet. Dagegen sind Ejekta aus früheren Epochen durch die Einwirkung von solarer und kosmischer Strahlung soweit „abgedunkelt“, daß sie nicht mehr auffallen. Der Krater Kopernikus im Oceanus Procellarum ist nur ein auffälliger Vertreter dieser Strahlenkrater. Seine Entstehung vor ca. 800 Millionen Jahren markiert jedoch nicht den Beginn des Copernican auf dem Mond.

Die Terrae (z.B. besonders eindrucksvoll im Bereich des Mond-Südpols) sind einige Hundert Millionen Jahre älter als die Mare-Gebiete und werden deshalb dem pre-Nectarian zugeordnet. Sie liegen gewöhnlich höher als die Mare und stellen die sichtbaren Überreste des „großen Bombardements“ aus der Frühzeit des Sonnensystems dar. Viele der Hochland-Krater sind mehr als 4 Milliarden Jahre alt. Seit die Apollo-Astronauten und die russischen Luna-Sonden Mondgestein auf die Erde brachten (insgesamt 382 kg), kann man detaillierte Aussagen über die Geologie des Mondes machen. Insbesondere wurden dadurch Altersbestimmungen mittels radioaktiver Datierungsmethoden möglich, die eine absolute Datierung von Mare- und Hochlandgebieten erlaubten. Die folgende Tabelle enthält einige typische Mondgesteine und ihr ungefähres Alter.

Gesteinsart Zusammensetzung, wichtige Bestandteile Alter (in Mrd. Jahre)
Magnesiumreiche Gesteine (Hochland) Plagioklas, Olivin und Pyroxen 4.4 – 4-3
Anorthosit (feldspatreicher Basalt) Plagioklas (ist für die helle Färbung verantwortlich) ~ 4.5
Impaktite bei Impakten aufgeschmolzene und anschließend erstarrte Gesteine, enthalten insbesondere Impaktgläser 4.0 – 3.8
Impaktbrekzien Gesteinbruchstücke die durch die beim Impakt entstehenden Temperaturen und Drücke zusammenzementiert wurden. Die Gesteinsbruchstücke können selbst auch Brekzien sein. Bis heute (Impakte treten auch gegenwärtig noch auf – wenn auch selten)
Basalte vulkanischer Ursprung (aus Spalten ausgetretenes Mantelmaterial – Flutbasalte). Feinkörnig bis glasig Material, das. reich an Eisen und Magnesium ist aber. kein Wasser. enthält 3.8 – 3.1, lokal auch jünger

Die Mondoberfläche selbst ist mit einer bis zu 20 Meter dicken Schicht aus Regolith bedeckt. Darunter versteht man das aus Impakten stammendes pulverisiertes Trümmergestein, das wegen seiner Konsistenz manchmal auch als „Mondstaub“ bezeichnet wird. Es ist ständig einem Bombardement aus Mikrometeoriten sowie der kosmischen als auch der solaren Strahlung ausgesetzt. Durch die Partikelstrahlung der Sonne erfolgt ein Eintrag von Edelgasen, insbesondere Helium. Aus deren Konzentration läßt sich das sogenannte Bestrahlungsalter des oberflächennahen Regoliths bestimmen (soweit Proben vorliegen) und damit wiederum Datierungen von Mondimpakten vornehmen.

Auffällig ist die sogenannte Dichotomie des Mondes: die Mare-Gebiete konzentrieren sich fast ausschließlich auf der erdzugewandten Seite. Die Mondrückseite besteht dagegen aus Hochlandgebieten, die im Schnitt auch eine größere Höhe über dem Bezugsradius erreichen. Das führt dazu, daß das Zentrum, welches sich aus der Figur des Mondes ergibt, nicht mit dem Massemittelpunkt zusammenfällt. Der Versatz beträgt nach neueren Messungen 1.68 km (die Verbindungslinie Figurenzentrum – Massezentrum zeigt in Richtung Erde). Diese Beobachtung impliziert, daß die Mondkruste der erdabgewandten Seite mächtiger ist als die der Vorderseite. Dort gibt es durchaus auch große, durch Impakte erzeugte Beckenstrukturen. Nur erreichten sie nicht die Tiefe, um von aufquellenden basaltischen Magmen aus dem vor 3 Milliarden Jahren noch flüssigen Mantelbereich ausgefüllt zu werden.

Minerale, die auf dem Mond nachgewiesen wurden (nach Marvin, 1973)

In den Gesteinsproben, die bei den Apollo-Missionen eingesammelt oder durch die Luna-Sonden zur Erde transportiert wurden, konnten eine Vielzahl von Mineralien nachgewiesen werden. In der folgenden Tabelle werden sie mit ihren Namen und ihrer chemischen Zusammensetzung aufgelistet. Die meisten davon gibt es auch auf der Erde. Minerale, die nur in geringer Menge in den Gesteinen vorhanden sind und damit für deren Aufbau keine oder nur eine geringe Bedeutung haben, werden als akzessorische Minerale bezeichnet. REE kürzt die sogenannten „Seltenen Erden“ (d.h. die Elemente der 3. Hauptgruppe des Periodensystems (mit Ausnahme von Actinium) sowie die Lanthanoide) ab, die in manche Minerale eingebaut sind.

Hauptminerale

Bezeichnung Kürzel
Pyroxen (Mg,Fe,Ca) 2 Si 2 O 6
Plagioklas (Ca,Na)(Al,Si) 4 O 8
Olivin (Mg,Fe) 2 SiO 4
Kalifeldspat (Anorthit) K Al Si O 8 + Ba

Akzessorische Minerale

Bezeichnung Kürzel
Ilmenit FeTiO 3
Chromit FeCr 2 O 4
Ulvöspinell Fe 2 Ti O 4
Spinell Mg Al 2 O 4
Pleonast (Fe,Mg)(Al,Cr) 2 O 4
Perowskit Ca Ti O 3
Dysanalyt Ca REETi O 3
Rutil Ti O 2
Nb-REE-Rutil (Nb,Ta)(Cr,V,Ce,La)Ti O 2
Baddeleyit Zr O 2
Zirkon ZrSi O 4 + REE, U, Th, Pb
Whitlockit Ca 3 (PO 4) 2 + REE, U, Th
Zirkelit Ca Zr Ti O 5 + Y, REE, U, Th, Pb
Amphibol (Na, Ca, K)(Mg, Fe, Mn, Ti, Al) 5 Si 8 O 22 (F)
Eisen Fe
Kupfer Cu
Nickeleisen (Fe, Ni, Co)
Troilit FeS
Cohenit Fe 3 C
Schreibersit (Fe, Ni) 3 P
Korund Al 2 O 3
Goethit FeOOH
Armalcolit (Fe, Mg) Ti 2 O 5
Tranquillityt (Fe, Y, Ca, Mn)(Ti, Si, Zr, Al, Cr) O 3
Pyroxferroit CaFe6 (SiO 3) 7

Die in den Klammern in den Summenformeln angegebenen Elemente können einander ersetzen.

6. Mondvulkanismus

Von Bedeutung für die Oberflächenmorphologie des Mondes ist lediglich der sogenannte Mare- Vulkanismus, der sich – beginnend vor 3.8 Milliarden Jahren – ungefähr über eine Milliarde Jahre erstreckt hat. Darunter versteht man das Auffüllen von großen Impaktbecken durch eindringende Mantelschmelzen, die den Kraterboden überfluten. Das sehr dünnflüssige Material ist durch Risse und Spalten, die sich bei der Entstehung der Bassins gebildet haben, aufgestiegen und hat die schüsselförmigen Vertiefungen bis zu einer Mächtigkeit von einigen Kilometern aufgefüllt. Manche der einzelnen Becken haben sich sogar zu größeren Mare-Gebieten vereinigt. So bildet das Mare Tranquillitatis zusammen mit dem Mare Nectaris, dem Mare Fecundatis und dem Mare Imbrium eine geschlossene Flutbasaltfläche.

Das es auf der Mondrückseite keine größeren Mare gibt hängt damit zusammen, daß dort die Mondkruste um einiges mächtiger ist. Die hier vorgestellte Theorie der Mondentstehung ist die Theorie, die mit den Beobachtungsdaten am besten verträglich ist. Doch wie jede Theorie hat sie nach KARL POPPER (1902-1994) das Potential der Falsifizierung. Eine in diesem Zusammenhang interessante und weitreichende Frage ist, inwieweit Kollisionen der beschriebenen Art im Prozeß der Planetenentstehung „normal“ oder seltene Ausnahmen sind. Es ist denkbar, daß ohne den Impakt die Rotationsdauer der Erde und damit ein Erdtag viel länger gewesen wäre als heute. Ihre Entwicklung hätte dann ganz andere Bahnen genommen und es wäre vielleicht niemals auf ihr Leben entstanden. Der Mond ist nicht nur schön anzusehen, er ist für unsere Existenz notwendig.

7. Dome

Von gelegentlichen Mondbeben abgesehen ist der unser Erdtrabant heute geologisch tot, und auch in der fernen Vergangenheit spielten Vulkane keine große Rolle im Vergleich mit Meteoriteneinschläge (es sei denn, man rechnet die Lavaaustritte, die die Mondmeere und -rillen verursachten, zu den Vulkanen statt allgemein zu Vulkanismus). Dennoch gibt es einige schwer beobachtbare Strukturen, die wahrscheinlich auf Vulkane zurückgehen. Der Begriff "Dom" stammt eigentlich von dem englischen "Dome", also Kuppel. Er bezeichnet runde, bis zu 1000 Meter hohe Hügel, an deren Spitze es gelegentlich eine Öffnung gibt. Die könnten erloschene Vulkane sein, oder zumindest vulkanische Schilde, wenn es an ihrer Spitze keinen Krater gibt. Sie zeigen jedoch keine sichtbaren Lavaströme und sind höchstwahrscheinlich sehr alt. Da diese Strukturen nur mehrere hundert Meter groß sind, sind sie nur in größeren Teleskopen zu erspähen, ohne dabei auffällig zu sein.

Heute hat der Mond eine rund 60 Kilometer dicke, feste Kruste, die auf einem 800 Kilometer dicken Mantel ruht. Im Zentrum des Monds dürfte jedoch noch ein rund 1000 Kilometer durchmessender flüssiger Kern liegen.

8. TLPs - Transient Lunar Phenomena

Auch wenn es auf dem Mond heute keinen Vulkanismus mehr gibt, wird doch immer wieder von rätselhaften , kurzlebigen Leuchterscheinungen berichtet ? so genannten Transient Lunar Phenomena, kurz TLP. Da sich ihr Auftreten nicht vorhersagen lässt, sind sie nicht besonders gut erforscht. Gelegentlich wird sogar ihre Existenz bezweifelt... Auch wenn es sich bei ihnen nicht um echt Vulkanausbrüche handelt, könnten doch geologische Aktivitäten ein Grund für diese Lichtblitze sein. Möglicherweise brechen gelegentlich Gase aus dem Mondinneren eruptiv aus, wenn der Boden sich in der Sonne erwärmt. Die Gas- oder Staubwolke können wir dann eventuell im sehen. Dafür spricht, dass es Regionen gibt, in denen häufiger TLPs beobachtet werden. Über ein Drittel der Sichtungen betrifft das Gebiet um den Krater Aristarchus, auch die Krater Plato und Alphonsus scheinen sehr aktiv zu sein.

Eine andere Erklärung wären Einschläge von Meteoriten, bei denen wir die aufgewirbelten Staubwolken im Sonnenlicht schimmern sehen - das erklärt vor allem Leuchterscheinungen im unbeleuchteten Teil des Mondes, in der Nähe des Terminators. Möglicherweise beobachteten im Jahr 1178 fünf Männer in England so einen Meteoriteneinschlag, zumindest berichten die Chroniken des Gervase von Canterbury von einer Explosion auf dem Mond. Was die Männer wirklich beobachteten, kann jedoch nicht mehr mit Sicherheit geklärt werden.