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Die Faszination des Mondes
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Ausdruck vom 04.12.2021
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Apollo 11 landete am 20. Juli 1969 auf dem Mond. Die Mondlandefähre, mit dem Spitznamen Adler, wurde von Neil Armstrong und Edwin "Buzz" Aldrin geflogen.
Sie landete den Adler in der Nähe des südlichen Randes im Mare Tranquillitatis, was ins deutschen übersetzt „Meer der Ruhe“ bedeutet.
Dieses große und dunkle Einschlagbecken befindet sich auf den selenographischen Koordinaten 8° Nord 31° Ost. Der mittleren Durchmesser beträgt 875 km.

Bereits im Jahre 1965 schlug hier die Raumsonde Ranger 8 gezielt auf, nachdem sie über 7.000 Fotografien vom Mond aufgenommen hatte.
Vier Jahre später, am 20. Juli 1969, landete dann in dem Maare die Apollo-11-Astronauten, und betraten als erste Menschen den Mond.
Die Landestelle der ersten bemannten Mondlandung mit dem zurückgelassenen Teil der Mondlandefähre erhielt später den Namen „Tranquility Base“.

Armstrong und Aldrin verbrachten zwei Stunden vor dem Landemodul (LM) mit Versuchsaufbauten und sammelten Proben. An einer Stelle wagte es Armstrong östlich des LM, einen kleinen Krater zu untersuchen, den er kurz zuvor bei der Landung überflogen hatte.

Zu Ehren des Kommandanten Neil Armstrong, ist einer von drei Kratern, der am östlichsten der Landestelle liegt, nach ihm benannt worden.

Der Krater Armstrong ist ein kleiner Einschlagkrater im südlichen Teil des Mare Tranquillitatis. Er liegt ca. 50 Kilometer nordöstlich des Landegebietes von Apollo 11. Nördlich des Kraters befindet sich die Einschlagsstelle von Ranger 8.
Vor der Umbenennung durch die Internationale Astronomische Union (IAU) war er als Sabine E bekannt. Der Krater Sabine ist westlich von Armstrong gelegen.

Die Fußabdrücke und die Mondlandefähre auf den Bildern des Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO)

Die Fußabdrücke im Regolit (Oberflächenbeschaffenheit des Mondstaubes) von den Stiefeln der Astronauten sind immer noch auf den Fotografien des Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) sichtbar. Die Weitwinkelkamera des LRO (LROC) hat nach mehr als vier Jahrzehnte die immer noch sehr deutlichen Fußabdrücke aufgenommen.

Die LROC Bildern ermöglicht es, den Landeplatz in einem ganz neuen Bild  durch einem dreidimensionalen Modell darzustellen. LROC Wissenschaftler erstellten das digitale Höhenmodell mit einem Stereobildpaar. Jedes Bild zeigt den Landeplatz aus einem etwas anderen Blickwinkel, sodass mit Hilfe anspruchsvoller Software einen dreidimensionalen Eindruck mit Tiefen erzeugt werden konnte.

Nachfolgend habe ich eine Fotogalerie zusammengestellt, die Aufnahmen des LRO aus dem Jahr 2009 zeigt und die Hinterlassenschaften der Apollo-Missionen eindrucksvoll wieder gibt.

In meinem Beitrag gehe ich auf die Frage ein, warum man mit den besten Teleskopen der Welt nicht die Hinterlassenschaften des Mondes sehen kann.
Und als zum Schluss dieses Beitrag zeige ich die neue veröffentlichten Bilder aus dem Jahr 2011 mit einer verbesserten Auflösung des LRO.

Die NASA bietet übrigens eine interaktive Mondkarte an, auf der ebenfalls das Landemodul der Apollo 11 Mission sichtbar ist: https://quickmap.lroc.asu.edu/

Warum gibt es keine Fotos der Flagge oder der Landefähre auf dem Mond von der Erde aus fotografiert?

Diese Frage wird mir immer wieder in Führungen in der Sternwarte gestellt.

Die heutigen Großteleskope sind sehr leistungsstark und schauen tief in das Weltall, warum also nicht auf dem Mond Bilder vom Landeplatz aufnehmen?

Um die Frage zu beantworten, brauchen wir ein wenig Mathematik.

Wenn wir mal davon ausgehen, dass eine Hinterlassenschaft auf dem Mond der Apollo-Missionen einen Durchmesser von 1 Meter hat, müssen wir zuerst einmal berechnen, wie groß das Auflösungsvermögen eines Teleskopes bzw. Fernrohrs sein muss.

Aber was bedeutet eigentlich das Auflösungsvermögen bei einem Teleskop?

Der Begriff bezeichnet in der Optik die Unterscheidbarkeit feiner Strukturen, also zum Beispiel den minimalen Abstand, den zwei punktförmige Objekte haben müssen, um sie als getrennte Objekte wahrnehmen zu können.
Dabei erfolgt die Angabe in Bogensekunden.
Unser bloßes Auge hat zum Beispiel ein Auflösungsvermögen von einer Bogenminute am Tag und etwa 2 Bogenminuten in der Nacht. (Wikipedia)

Ein Objekt von 1 Meter Größe auf dem Mond, erscheint bei einer mittleren Entfernung des Mondes von der Erde mit 384.000.000 Meter im Bogenmaß unter einen bestimmten Winkel.

Die Berechnung nach einer Formel für Kreissegmentberechnung sieht wie folgt aus:
Formel für die Bogenlänge
b = r * α [θ]
Dabei ist:
Variabel Beschreibung
b = Kreisbogen (Bogenlänge)
α = Kreisbogen (Bogenlänge)
r = Radius

Für die Berechnung muss die Formel umgestellt werden:

α [θ] = b [Meter] / r [Meter]
Folgende Werte werden in diese Berechnungsformel eingesetzt:
Variabel Wert Beschreibung
b = 1 Meter Das ist die Größe unseres Objektes auf dem Mond, dass wir sehen möchten
α = gesucht Winkel in Bogenmaß (Ergebnis der notwendigen Mindestauflösung für unser Teleskop)
r = 384.000.000 Meter Mittlere Entfernung des Mondes von der Erde

Mit den eingesetzten Werten erhalten wir nach der Berechnung das folgende Ergebnis in Bogenmaß::

θ ≈ 1 Meter / 384 000 000 Meter ≈ 0,0000000026

 

In der Mathematik kann man das Ergebnis zur besseren Darstellung mit einer Potenz (Wikipedia) darstellen:

2,6 · 10-9

Jetzt muss der Winkel von Bogenmaß für das Auflösungsvermögen des Teleskopspiegels in Bogensekunden nach der folgenden Formel umgerechnet werden:

Sekunden [Grad] = RAD [θ] × (180 Grad × 3600 Sekunden) / π
Folgende Werte werden in die Berechnungsformel eingesetzt:
Variabel Wert Beschreibung
RAD [θ] = 2,6 · 10-9 Ergebnis aus der vorherigen Berechnung
π ≈ 3,14... Die Zahl π ist eine mathematische Konstante, welche das Verhältnis vom Umfangs zum Durchmesser eines Kreises beschreibt.
Mit eingesetzten Werten erhalten wir folgendes Ergebnis:
Sekunden (Grad) ≈ 2,6 · 10-9 RAD (Bogenmaß) × (3600 Sekunden × 180 Grad ) / 3,14 ≈ 0,0005363 Sekunden (0,5 Milli-Bogensekunden)

Das Ergebnis: Kann mit dem Teleskop die Hinterlassenschaft auf dem Mond gesehen werden?


Amateurastronomen, die am Boden mit der irdischen Lufthülle unter exzellenten Bedingungen beobachten schaffen im Idealfall gerade mal eine Auflösung von 1 Sekunde (Darstellung auch als ") mit ihrem Beobachtungsgerät.

Ergebnis: Es ist noch nicht nicht mal möglich, mit den größten, irdischen Teleskopen der Welt die Hinterlassenschaften auf dem Mond zu sehen!

Kann man nicht mit dem Weltraumteleskop Hubble die Apollo-Landefähre fotografieren?

Diese Frage ist wirklich interessant, da sich das Weltraumteleskop Hubble weit ab der atmosphärischen Gegebenheiten der Erde im Weltall befindet.
Mit einem Spiegeldurchmesser von 2,4 Meter könnte das Weltraumteleskop tatsächlich den nächsten Nachbar, den Mond, ins Blickfeld nehmen.

Leider muss ich den Leser enttäuschen: Selbst das Hubble-Teleskop ist weit vom geforderten Auflösungsvermögen entfernt und hat gerade mal 0,05 Sekunden.

Wie groß müsste also der Spiegel des Hubble-Teleskopes sein, um eine Struktur von 1 m im Mondabstand aufzulösen?
Wir können die oben durchgeführte Berechnung auch in die andere Richtung durchführen.

Die Formel für das beugungsbegrenzte Auflösungsvermögen lautet wie folgt:
b [θ] = 1,22 · λ / D
Folgende Werte werden in die Berechnungsformel eingesetzt:
Variabel Wert Beschreibung
b [θ] ≈ 2,6 · 10-9 Winkel in Bogenmaß (Mindestauflösung des Teleskops in Bogenmaß aus der ersten Berechnung, um auf dem Mond ein Objekt von 1 Meter zu erkennen)
λ = 550nm = 10-9 Meter Durchschnittliche Wellenlänge des Lichts
D = gesucht Ergebnis mit dem Durchmesser des Spiegels, der notwendig ist, um das Objekt auf dem Mond zu sehen
Da wir den Durchmesser des Spiegels benötigen, muss die Formel zuerst umgestellt werden:
D = 1,22 · λ / b [θ]
Das Ergebnis ist dann mit der Berechnung sehr ernüchternd:

D ≈ 1,22 · 10-9 Meter / 2,6 · 10-9

Das Ergebnis: Kann zumindest mit dem Hubble-Space-Teleskop die Hinterlassenschaft auf dem Mond gesehen werden?


Es wird  Spiegeldurchmesser von mindestens 258 m benötigt.

Auch das Hubble ist nicht in der Lage, die notwendige Auflösung zur Verfügung zu stellen.

 

Fassen wir das Ergebnis nochmal zusammen:

Legende: Ø = Durchmesser / ' = Bogenminute (1' entspricht 1/60 Grad) / " = Bogensekunde (1" entspricht 1/3600 Grad)
Beobachtung mit Spiegel-Ø Auflösung
Bloßem Auge / ≈ 1'
Amateur Teleskop 30 bis 60 cm ≈ 1"
Hubble 2,4 Meter ≈ 0,05"
Large Binocular Telescope (LBT) 11,8 Meter ≈ 0,01"
Weltraum Teleskop 258 Meter ≈ 0,0005"

Neue, hochaufgelöste Fotos des LRO zeigen eine bisher nicht da gewesene Tiefe der Landestellen der Apollo 12 und 17 Missionen

Übersetzung aus dem Englischen ins Deutsche (Originalquelle: https://www.nasa.gov/)

Das LRO wurde in eine niedrigere Umlaufbahn gebracht, um das neue Bild aufzunehmen. Die Unterschiede in den Bildern stimmen aufgrund von Unterschieden in den Lichtverhältnissen, dem Winkel der LRO-Kamera und anderen Variablen nicht perfekt überein.
Die Bildhelligkeit und der Kontrast wurden geändert, um Oberflächendetails hervorzuheben. (Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/ASU)

Die höhere Auflösung dieser Bilder ist möglich, da die Bahn der LROs, die leicht oval oder elliptisch ist, angepasst wurde. Ohne die durchschnittliche Höhe zu ändern, wurde die Bahn des LRO in eine elliptische Umlaufbahn gebracht, sodass sich der unterste Teil der Umlaufbahn auf der Sonnenseite des Mondes befindet. Dadurch wurde das LRO in eine perfekte Position gebracht, um diese neuen Bilder von der Oberfläche zu machen.

Das Manöver senkte die LRO von seiner üblichen Höhe von etwa 50 Kilometern auf eine Höhe, die bis zu 21 Kilometer tief fiel, als sie über die Mondoberfläche fuhr. Das Raumschiff befand sich 28 Tagen lang in dieser Umlaufbahn, damit sich der Mond vollständig drehen konnte.
Dies ermöglicht eine vollständige Abdeckung der Oberfläche durch die Weitwinkelkamera von LROC.

LRO wurde von Goddard aufgebaut und verwaltet. Erste Forschungsarbeiten wurden von der Direktion Exploration Systems Mission am Hauptsitz der NASA finanziert. Im September 2010, nach einer einjährigen erfolgreichen Erkundungsmission, richtete die Mission ihre Aufmerksamkeit von den Erkundungszielen auf die wissenschaftliche Forschung in der NASA-Direktion Science Mission.

 

Apollo 17

Das erste Bild wurde am 6. September 2011 veröffentlicht. Das zweite Bild ist ein Zoom-In auf ein 2009 veröffentlichtes LRO-Bild.

Auf dem Gelände der Apollo 17 sind die vom Mondrover angelegten Spuren sowie die letzten Fußwege auf dem Mond gut sichtbar. Die Bilder zeigen auch, wo die Astronauten einige der wissenschaftlichen Instrumente platziert haben, die den ersten Einblick in die Umgebung und das Innere des Mondes gaben.

Dadurch können die Schritte der Astronauten mit größerer Klarheit zurückverfolgt werden, um zu sehen, wo diese Mondproben entnommen haben

Alle Bilder zeigen deutliche Spuren im dünnen Boden des Mondes, als die Astronauten die Mondlandefähre verließen und zu Fuß erkundeten. Im Bild von Apollo 17 sind die Fußwege, einschließlich des letzten vom Menschen auf dem Mond zurückgelegten Weges, leicht von den zweispurigen Spuren des Mond-Rover zu unterscheiden, der östlich des Landers geparkt bleibt.

Die neuen Bilder der niedrigen Schmalwinkelkamera schärfen den Blick auf die Mondoberfläche. Ein gutes Beispiel dafür ist die Schärfe der Rover-Tracks am Standort Apollo 17. In früheren Bildern waren die Roverspuren sichtbar, aber jetzt sind sie scharfe parallele Linien auf der Oberfläche.

Apollo 12

Das erste Bild wurde am 6. September 2011 veröffentlicht. Das zweite Bild ist ein Zoom-In auf ein 2009 veröffentlichtes LRO-Bild.

An jedem Standort verlaufen die Wege auch westlich der Landungsboote, wo die Astronauten das Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) zur Überwachung der Umgebung und des Inneren des Mondes platzierten.

Diese Ausrüstung war ein wichtiger Bestandteil jeder Apollo-Mission. Sie lieferte erste Einblicke in die innere Struktur des Mondes, Messungen des Mondoberflächendrucks und der Zusammensetzung seiner Atmosphäre. Apollo 11 enthielt eine einfachere Version des Wissenschaftspaketes.

Eines der Details, die sich zeigen, ist eine helle L-Form im Apollo 12-Bild. Es markiert die Positionen der Kabel, die vom ALSEP-Hauptbahnhof zu zwei seiner Instrumente führen. Obwohl die Kabel viel zu klein für den direkten Blick sind, zeigen sie sich, weil sie das Licht sehr gut reflektieren.

Apollo 14

Die von den Astronauten Alan Shepard und Edgar Mitchell auf den beiden Apollo 14 Mondspaziergängen zurückgelassenen Wege sind auf dem nachfolgendem Bild zu sehen. (Am Ende des zweiten Mondspaziergangs spielte Shepard berühmterweise zwei Golfbälle.) Die Abstiegsstufe der Mondlandefähre Antares ist ebenfalls sichtbar.

Video zum Thema

Das nachfolgende Animation der Nasa des Lunar Reconnaissance Orbiter zeigt bisher unveröffentliche Bilder mit den Aufnahmen der Apollo 11 Mission

Copyright: NASA

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