Schieße auf den Mond

Buzz Aldrin steht neben dem Passive Seismic Experiment Package (PSEP), während er von Neil Armstrong fotografiert wird. Darüber hinaus gibt es den Laser Ranging Retro-Reflector (LR-3). Dies waren die ersten Messgeräte, die während Apollo 11 am 21. Juli 1969 auf der Mondoberfläche platziert wurden. Mit freundlicher Genehmigung der NASA.

20. Juli 1969, 20:17 UTC. „Houston, Tranquility-Basis hier. Der Adler ist gelandet." Neil Armstrong übermittelte diese Worte ruhig von der Mondoberfläche aus an diejenigen, die geduldig auf der Erde warteten. Sechs Stunden später verließ Armstrong die Mondlandefähre Eagle und betrat am 21. Juli 1969 um 02:56:15 UTC die Mondlandschaft. Edwin „Buzz“ Aldrin schloss sich Armstrong 19 Minuten später auf der Mare Tranquillitatis als Pilot der Kommandokapsel an Michael Collins steuerte Columbia im Mondorbit. Apollo 11 galt als voller Erfolg – ​​sie hatten es geschafft.

Die Bestimmung der Entfernung zum Mond in allen Phasen seiner Umlaufbahn war ein entscheidender Aspekt, um den Menschen an seine Oberfläche zu bringen. Es wird angenommen, dass der griechische Astronom Hipparchos im 2. Jahrhundert v. Chr. einer der ersten war, der die Entfernung zum Mond einigermaßen genau bestimmte. Seine Methode beobachtete, wie Schatten über einen langen Zeitraum wirken, und stellte fest, dass, wenn ein kugelförmiges Objekt vor der Sonne platziert wird, die Länge des erzeugten Schattens immer das 108-fache des Durchmessers des Objekts selbst betragen würde. Eine weitere frühe Methode zur Bestimmung der Mondentfernung, bekannt als Mondparallaxe, bestand darin, den Winkel zwischen dem Mond und einem ausgewählten Referenzpunkt von mehreren Standorten aus gleichzeitig zu messen.

Eine etwas ähnliche Methode, bekannt als Meridianüberquerung, beinhaltete Mondtransite, bei denen der Mond von zwei verschiedenen Orten aus beobachtet wurde, wie er den Meridian kreuzte. Zwischen 1905 und 1910 wurden wiederholte Messungen mit dieser Methode durchgeführt, um den Höhenwinkel in dem Moment zu bestimmen, in dem der Mondkrater Mösting A den Meridian kreuzte. Beobachtungsstationen für diese Arbeit befanden sich in Greenwich und am Kap der Guten Hoffnung, die fast auf dem gleichen Längengrad liegen. Die mit der Meridiankreuzungsmethode berechnete Entfernung hatte eine Unsicherheit von etwa 20 Meilen und wurde zum endgültigen Mondentfernungswert für das nächste halbe Jahrhundert.

Dieser von der Bendix Corporation hergestellte Retroreflektor ist identisch mit dem, der während Apollo 11 auf dem Mond platziert wurde. Er enthält 100 Reflektoren. Mit freundlicher Genehmigung des Nationalen Luft- und Raumfahrtmuseums.

Im Jahr 1957 begann man im US Naval Research Laboratory mit erdgestützten Messungen zum Mond mittels Radar, wobei eine Radioschüssel mit einem Durchmesser von 50 Fuß zum Einsatz kam. Ein erweitertes Programm mit der Gründung der National Aeronautics and Space Administration (NASA) im Jahr 1958 erhöhte die Intensität der Radarmessungen zum Mond. Am 25. Mai 1961 erklärte Präsident John F. Kennedy, dass das Ziel darin bestehen sollte, einen Mann auf dem Mond zu landen und bis zum Ende des Jahrzehnts sicher zurückzukehren. Bald darauf maß ein Experiment des Massachusetts Institute of Technology im Jahr 1962, bekannt als Laser Ranging, die Umlaufzeit, die Laserimpulse direkt von der Mondoberfläche reflektierten.

Da sowohl die Vereinigten Staaten als auch die Sowjetunion intensiv den Weltraum erkundeten, wurden die bodengestützten Messungen zum Mond ständig verfeinert. Die Raketentechnologie beider Länder wurde durch die Eroberung deutscher Ausrüstung und Wissenschaftler während des Zweiten Weltkriegs gestärkt. Mithilfe dieser Technologie schickten beide Länder im Rahmen des sowjetischen Luna-Programms und des amerikanischen Pioneer-Programms eine Reihe von Sonden zum Mond. Das erste von Menschenhand geschaffene Objekt erreichte am 14. September 1959 den Mond, als die sowjetische Mondrakete Luna 2 absichtlich auf der Oberfläche abstürzte, was die Vereinigten Staaten dazu veranlasste, ihre Weltraumforschung mit ihrem Ranger-Programm zu beschleunigen. Dieses Programm umfasste neun Raumschiffe, die zwischen dem 23. August 1961 und dem 21. März 1965 zum Mond geschickt wurden, um Nahaufnahmen der Oberfläche zu machen. Ranger 4 war das erste Raumschiff der Vereinigten Staaten, das die Oberfläche unbeabsichtigt berührte schlug am 26. April 1962 infolge eines Ausfalls des Bordcomputers auf der anderen Seite des Mondes ein.

Neil Armstrong fotografiert seinen Astronautenkollegen Buzz Aldrin, während er sich davonbewegt, um die Ausrüstung zu platzieren, die er während der Landung von Apollo 11 am 21. Juli 1969 dabei hatte. In Aldrins rechter Hand befindet sich der erste Laser-Retroreflektor. Mit freundlicher Genehmigung der NASA.

Mit ausreichenden Messungen zum Mond bestand das nächste Ziel der NASA unter der Leitung des Jet Propulsion Laboratory darin, mit dem Surveyor-Programm ein unbemanntes Raumschiff sanft auf der Oberfläche zu landen. Dieses Kunststück gelang jedoch auch erstmals der Sowjetunion am 3. Februar 1966 mit ihrer Luna 9. Das Surveyor-Programm startete zwischen dem 30. Mai 1966 und dem 7. Januar 1968 sieben Raumschiffe, um auf dem Mond zu landen und auch Mond zu erreichen und Cislunar-Fotografien. Surveyor 1 gelang am 2. Juni 1966 die erste erfolgreiche sanfte Landung für die Vereinigten Staaten, indem es innerhalb von 9 Meilen von seinem beabsichtigten Ziel absetzte.

Trotz des anfänglichen Erfolgs verlief das Surveyor-Programm nicht ohne zwei schwerwiegende Pannen. Während des Mittelkursmanövers für die Landung von Surveyor 2 am Schnittpunkt des Mondäquators und des Leitmeridians (Sinus Medii) konnte ein Nonius-Triebwerk nicht gezündet werden, was zum Absturz führte. Das Funksignal von Surveyor 4 ging wenige Minuten vor der Landung verloren, sodass angenommen wurde, dass es explodierte, bevor es die Oberfläche erreichte. Fünf der Surveyor-Raumsonden gelang jedoch eine sanfte Landung auf der Oberfläche und verbleibt noch heute dort. Schätzungsweise 87.000 Bilder wurden von der Raumsonde Surveyor aufgenommen und zur Erde zurückgesendet. Jahre später gelang es den Astronauten von Apollo 12, zum Standort von Surveyor 3 zu laufen und einige seiner Teile zu entfernen.

Am 5. Februar 1971 platzierten die Astronauten Alan B. Shepard und Edgar D. Mitchell während der Apollo-14-Mission den zweiten Retroreflektor zur Laserentfernungsmessung auf der Mondoberfläche. Mit freundlicher Genehmigung der NASA.

Das letzte Programm der NASA, das dem Apollo-Programm vorausging und gleichzeitig mit dem Surveyor-Programm lief, waren die fünf unbemannten Missionen des Lunar Orbiter-Programms vom 10. August 1966 bis 1. August 1967. Dieses Programm war für hochauflösende Aufnahmen konzipiert Bilder an bestimmten Orten zur Vorbereitung auf die bevorstehenden Apollo-Landeorte. Den Lunar Orbiters gelang es, die Oberfläche mit einer Auflösung von 200 Fuß oder besser zu 99 % zu kartieren. Die Bilder wurden gleichzeitig zur Erde zurückgesendet und alle fünf Raumschiffe wurden absichtlich angewiesen, auf der Mondoberfläche abzustürzen.

Das bemannte Apollo-Programm begann mit Schwierigkeiten, als am 21. Februar 1967 während einer Probe ein Kabinenbrand im Inneren von Apollo 1 zum Tod von drei Astronauten auf der Startrampe führte. Dieser Rückschlag verzögerte bemannte Missionen bis zu Apollo 7 im Oktober 1968. Durch Beharrlichkeit konnten die Der Erfolg, Apollo 11 im Juli 1969 endlich zum Mond zu bringen, war der Höhepunkt von mehr als einem Jahrzehnt intensiver Weltraumforschung, Messungen von der Erde und Mondphotogrammetrie, wobei jeder Schritt entscheidend für das Verständnis war, wie man dorthin gelangt und zurückkehrt.

Die letzte und größte der drei auf dem Mond platzierten amerikanischen Laser-Ranging-Retroreflektor-Arrays wurde am 30. Juli 1971 während Apollo 15 von den Astronauten Jim Irwin und David Scott zurückgelassen. Mit freundlicher Genehmigung der NASA.

Ein wichtiges Ergebnis der Landung von Apollo 11 war die Platzierung eines 2 Fuß breiten Arrays mit 100 Prismen, das als Lunar Laser Ranging Retro-Reflector Array bekannt ist. Zwei weitere Prismenanordnungen (auch als Eckwürfel bezeichnet) wurden während Apollo 14 in der Nähe von Fra Mauro und während Apollo 15 1971 in der Nähe von Hadley Rille platziert. Die von der Besatzung von Apollo 15 hinterlassene Anordnung war dreimal größer als die vorherigen zwei und drei Prismen. Viertel der in den ersten 25 Jahren des Experiments durchgeführten Messungen wurden an diesem Array gemessen. Auch die Sowjetunion ließ während ihrer unbemannten Missionen Luna 17 und Luna 21 in den Jahren 1970 und 1973 zwei Raketenwerfer zurück.

Messungen an den fünf Retroreflektor-Arrays werden derzeit in einstündigen Intervallen für durchschnittlich sechs Sitzungen pro Monat am Apache Point Observatory Lunar Laser-Ranging Operation (APOLLO) durchgeführt, das 10 Meilen südöstlich von Alamogordo, New Mexico, liegt. Professor Thomas Murphy von der University of California-San Diego leitet ein Team, das die Messungen mit einem 500 Pfund schweren Gerät durchführt. Laser, der am 3,5-Meter-Teleskop des Astrophysical Research Consortium (ARC) montiert ist. Den Laser auf einen der fünf mondbasierten Reflektoren zu richten, kann eine Herausforderung sein, während sich der Mond auf seiner eigenen elliptischen Umlaufbahn bewegt. Das Team beginnt normalerweise damit, einen Stern in einem Umkreis von 10 Grad um den Mond zu finden, um eine grobe Orientierung zu ermöglichen. Als nächstes suchen sie nach bekannten topografischen Merkmalen auf der Oberfläche des Mondes mit einem Durchmesser von 0,52 Grad, von der Erde aus gesehen. Mit Ausnahme der von Apollo 15 in der Nähe von Hadley Rille platzierten Reflektoranordnung befinden sich die anderen vier Anordnungen in unauffälligen Bereichen. Die Ausrichtung des Teleskops muss innerhalb einer Bogensekunde erfolgen, bevor die Photonen zurückkehren.

Dieses riesige Teleskop befindet sich im Apache Point Observatory in der Nähe von Alamogordo, New Mexico, von wo aus die Messungen an den fünf mondbasierten Retroreflektoren durchgeführt werden. Mit freundlicher Genehmigung der New Mexico State University.

Durch den Empfang wiederholter Photonenrücksignale wird sichergestellt, dass das Ziel lokalisiert wurde, bevor das Teleskop auf automatische Verfolgung eingestellt werden kann. Allerdings kann die automatische Nachführung des Teleskops während der einstündigen Messungen um bis zu fünf Bogensekunden abweichen, sodass regelmäßige Nachjustierungen erforderlich sind. Als der Laser die Mondoberfläche erreicht, hat er sich bereits über eine Entfernung von bis zu zwei Kilometern ausgebreitet. Obwohl es den Anschein hat, dass ein Vollmond die optimale Gelegenheit für die Messungen wäre, hat Murphy herausgefunden, dass dies normalerweise nicht der Fall ist. Es wird angenommen, dass das direkte Sonnenlicht, das auf die Reflektoren fällt, ein thermisches Problem verursacht, das die Messungen stört. Eine Theorie geht davon aus, dass die etwa fünfzigjährige Ansammlung von Mondstaub auf den einzelnen Prismen im Zusammenhang mit dem direkten Sonnenlicht, das auf die Partikel trifft und diese erhitzt, die Störung verursacht. Während die genaue Menge an Staub, die sich auf den Prismen innerhalb der Arrays angesammelt hat, ungewiss ist, geht man davon aus, dass sie zu 50 % bedeckt sind. Wissenschaftler sind sich jedoch immer noch nicht sicher, wie Staub auf der Oberfläche des Mondes ohne Atmosphäre reagiert, und gehen davon aus, dass die Fußabdrücke, die die Astronauten während der Apollo-Missionen hinterlassen haben, wahrscheinlich noch sichtbar sind. Für den Fall, dass die Missionen zum Mond eines Tages wieder aufgenommen werden, wird derzeit eine neue Generation von Retroreflektorprismen entwickelt, damit sie einsatzbereit sein wird.

Diese Schnittzeichnung zeigt das 3,5-Meter-Teleskop des Astrophysical Research Consortium am Apache Point Observatory. Mit freundlicher Genehmigung der New Mexico State University.

Wiederholte Messungen zum Mond sind aus verschiedenen Gründen notwendig. Wissenschaftler und Physiker nutzen die gesammelten Daten derzeit, um die Funktionsweise der Schwerkraft besser zu verstehen. Einsteins allgemeine Relativitäts- und Gravitationstheorie, die 1915 veröffentlicht wurde, ist die aktuelle Beschreibung der Gravitation in der modernen Physik. Daher werden die gemessenen Entfernungen zum Mond sowohl zur Untermauerung dieser Theorie als auch zur Prüfung verwendet, ob möglicherweise eine andere Gravitationstheorie existiert. Das Verständnis der Schwerkraft des Mondes ist ein Schlüsselelement der Forschung zur weiteren Untersuchung der stabilen Erdachse. Während Gezeitenmuster den sichtbarsten Einfluss des Mondes auf die Erde darstellen, wird sein gesamter Einfluss noch entdeckt. Botanische Untersuchungen deuten darauf hin, dass der Mond möglicherweise die Bewegung des Wassers in den Blättern von Bäumen und anderen Pflanzen steuert.

Obwohl Messungen von der Erde bis zum Mond mittlerweile millimetergenau anhand der Retroreflektoren durchgeführt werden können, wird die Mondentfernung oder die durchschnittliche Entfernung vom Mittelpunkt der Erde zum Mittelpunkt des Mondes im Allgemeinen in der nächsten durchschnittlichen Meile ausgedrückt . Die meisten Quellen gehen von einem Durchschnittswert von 238.855 Meilen aus, wobei die nächste Entfernung 225.623 Meilen beträgt, was als Perigäum bezeichnet wird, und die weiteste Entfernung von 252.088 Meilen, die als Apogäum bezeichnet wird. Die genaue Entfernung zum Mond ändert sich während der Messungen ständig und kann aufgrund seiner elliptischen Umlaufbahn um bis zu 150 Fuß pro Sekunde oder über 100 Meilen pro Stunde variieren. Es ist auch bekannt, dass eine Vielzahl von Kräften, darunter der Strahlungsdruck der Sonne, die Anziehungskraft anderer Planeten und Gezeitenkräfte, die Entfernung beeinflussen. Während eines typischen einmonatigen Zyklus ändert sich die durchschnittliche Mondentfernung um mehr als 13.000 Meilen.

Jim Irwin salutiert neben dem Sternenbanner seinem Astronautenkollegen David Scott auf der Mondoberfläche während der Apollo-15-Mission im Jahr 1971. Mit freundlicher Genehmigung der NASA.

Anhand von Daten, die über 50 Jahre gesammelt wurden, indem Laser auf die Reflektoren der Mondbasis geschossen wurden, haben Physiker nun festgestellt, dass sich der Mond mit einer Geschwindigkeit von 3,8 cm pro Jahr spiralförmig von der Erde wegbewegt. Als Armstrong und Aldrin die erste Retroreflektoranordnung auf dem Mond platzierten, waren sie auch die ersten Vermesser der Welt, die auf der Mondoberfläche arbeiteten. Am Ende des Jahrzehnts hatten die Vereinigten Staaten nur noch fünf Monate Zeit, um den Mond zu erreichen.

Auf der Website von Professor Thomas Murphy wird seine Arbeit zur Messung des Mondes näher erläutert: tmurphy.physics.ucsd.edu/apollo/apollo.html

Ein PDF dieses Artikels (mit weiteren Bildern) finden Sie hierHIER

Jerry Penry, PS