Am 20. Juli 1969 landete das Mondmodul von Apollo 11 auf der Mondoberfläche. Ein paar Stunden später, am 21 Juli, traten Neil Armstrong und Buzz Aldrin aus. Die Mission war der Höhepunkt des jahrzehntelangen Apollo-Programms, um Menschen zum Mond zu bringen. Es war zweifellos eine der krönenden wissenschaftlichen und technischen Errungenschaften des 20.,
Während Armstrong und Aldrin zweieinhalb Stunden außerhalb des Moduls auf dem Mond verbrachten, sammelten sie rund 20 kg Gesteine und anderes Mondmaterial. Die folgenden fünf Apollo-Missionen, die den Mond erreichten, brachten ebenfalls Proben zurück, insgesamt über 300 kg.
Als die Apollo-Astronauten mit ihren Schätzen zurückkehrten, konnten Chemiker direkt mit der Untersuchung der Zusammensetzung unseres Satelliten beginnen. Diese Forschung wird immer noch fortgesetzt, da neue Analysetechniken entwickelt und neue theoretische Fragen gestellt werden.,
Alles auf See
Als Galileo Galilei 1610 seine revolutionären Teleskopbeobachtungen veröffentlichte, schrieb er die sich ändernden Lichtmuster, die er auf der Mondoberfläche sah, Bergen zu, die die Monddämmerung einfingen, bevor sie das Tiefland erreichten. Diese Schlussfolgerung wurde sofort von akademischen Philosophen in Frage gestellt, die es als unvereinbar mit Aristoteles ‚ Lehre betrachteten, dass alle Himmelskörper perfekte Sphären seien.,
Die Spektroskopie konnte Elemente in der Sonne erkennen, enthüllte jedoch wenig über den Mond, der lediglich das Sonnenlicht reflektiert
Bis Ende des 17. länder). Seine zahlreichen Krater wurden als Vulkane angenommen., In seiner Principia Mathematica von 1687 schätzte Isaac Newton die Anziehungskraft des Mondes durch Messungen des Auf-und Abstiegs von Gezeiten und berechnete seine Dichte auf elf Neuntel der Erde – fast doppelt so hoch wie der richtige Wert.Jahrhundert die Masse des Mondes viel genauer messen konnte, blieb seine Zusammensetzung mysteriös. Die Spektroskopie konnte Elemente in der Sonne und in den Sternen nachweisen, enthüllte jedoch zunächst wenig über den Mond, der lediglich Sonnenlicht reflektiert, abzüglich der Frequenzen, die er absorbiert.,Jahrhundert produzierten größere Teleskope und bessere Fotografie detailliertere Karten der Mondoberfläche. Die relative Bedeutung von Vulkanismus und Bombardement bei der Gestaltung dieser Oberfläche wurde jedoch heftig umstritten – insbesondere im hitzigen Austausch zwischen dem mit dem Nobelpreis ausgezeichneten amerikanischen Chemiker Harold Urey und dem angesehenen niederländisch-amerikanischen Astronomen Gerard Kuiper. In der Zwischenzeit wurden die Berechnungen des US – Astronomen Ralph Baldwin, die darauf hindeuteten, dass die meisten Mondkrater zu groß waren, um vulkanisch zu sein, weitgehend ignoriert, bis das Weltraumrennen begann.,
Erste Landungen
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Die Luna 2-Sonde der Sowjetunion landete vor 60 Jahren auf dem Mond und sandte wertvolle Daten zurück
1959 traf die Luna 2-Sonde der UdSSR den Mond. Vor dem Aufprall entdeckten seine Instrumente kein Magnetfeld, was das Fehlen eines erdähnlichen Kerns aus flüssigem Eisen impliziert. Seismologische Beobachtungen zeigten später, dass der Eisenkern des Mondes sehr klein und größtenteils fest ist., Als Luna 10 1966 den Mond umkreiste, analysierte sein Gammastrahlenspektrometer die Strahlung von Atomkernen, die von hochenergetischen kosmischen Strahlen getroffen worden waren. Es wurden Elemente entdeckt, die auf das Vorhandensein von Basalt hinweisen – dem häufigsten terrestrischen Vulkangestein-in den dunkleren Regionen, die immer noch Maria genannt werden. Astronomen hatten vor langer Zeit festgestellt, dass diese „Meere“ kein Wasser enthielten, aber der Name überlebte.
1967 landete der US Surveyor 5 auf der Mare Tranquilitatis-dem „Meer der Ruhe“., Es verwendete Alphateilchenrückstreuung von Elementen auf der Oberfläche, um eine bestimmte Art von Basalt zu identifizieren, die üblicherweise in Grönland vorkommt (Basalt ist keine einzelne Verbindung, sondern eine Mischung verschiedener Silikate in variablen Anteilen). Der nächste Schritt war für Astronauten, Mondproben zu sammeln.
Zwischen 1969 und 1972 brachten die sechs Apollo-Landungen der USA ungefähr 381 kg Material, während drei der Robotersonden der UdSSR zwischen 1970 und 1976 0,326 kg zurückgaben. Wissenschaftler untersuchten diese Exemplare intensiv, da es unwahrscheinlich schien, dass über viele Jahre mehr verfügbar sein würde., 1982 wurde jedoch eine andere Quelle vom neuseeländischen Geochemiker Brian Mason, dem Kurator der Meteoriten am Smithsonian Institute in Washington DC, identifiziert.
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Die Apollo-Missionen gingen zum Mond und brachten Proben von Mondgestein zurück
Als die Nasa ihm ein ungewöhnliches Exemplar aus der Antarktis schickte, erkannte Mason schnell seine Ähnlichkeit mit Material, das von astronauten., Sein ausgeprägtes Eisen-Mangan-Verhältnis bestätigte später, dass es vom Mond kam – frei durch einen gigantischen Aufprall gesprengt und anschließend von der Schwerkraft der Erde eingefangen. Mehr Meteoriten-insgesamt über 190 kg-haben seitdem chemische und mineralogische Beweise für ihren Mondursprung erbracht. Diese Körper enthalten auch Radioisotope, die durch Exposition gegenüber kosmischen Strahlen auf dem Mond oder im Weltraum erzeugt werden., Innerhalb der Erdatmosphäre, die die kosmische Strahlung dämpft, hört die Bildung dieser „kosmogenen Nuklide“ auf, und da sie unterschiedliche Zerfallsraten haben, zeigen ihre relativen Anteile an, wann ein Meteorit die Erde erreichte.
Not cheese after all
Die Interpretation all dieser Daten ist eine problematische Übung, da die Mondoberfläche eine zusammengesetzte Entität ist., Im Gegensatz zur Erde hat der Mond keine Magnetosphäre, um zu verhindern, dass der Sonnenwind Wasserstoff (und geringere Mengen schwererer Elemente) darauf abscheidet, und während die geringe Mondgravitation es zulässt, dass sich ein Großteil dieses Materials in den Weltraum auflöst, kommen immer mehr an. Der Mond ist auch mit Meteoren übersät, die sich erheblich von seinem ursprünglichen Oberflächenmaterial unterscheiden – das selbst durch heftige Stöße radikal verändert wurde.,
Quelle: mit freundlicher Genehmigung von NASA
Beispiele gebracht zurück vom Mond untersucht, zurück hier auf der Erde (einschließlich der Apollo-11-Astronauten hier)
Viel von der Mond-Oberfläche ist abgedeckt mit regolith, eine pulverförmige Mischung der Felsen zertrümmert worden und dann immer wieder gerührt von Bombardement – ein Prozess selenologists call ‚Gärtnern‘. Es enthält oft winzige glasige Sphärochen, von denen die meisten wahrscheinlich entstanden sind, als meteorische Einschläge Silikatgesteine schmolzen und die resultierenden Tröpfchen zerstreuten, obwohl einige vulkanischen Ursprungs sein können., Größere Stöße setzten genügend Energie frei, um heterogene Mineralvorkommen in zusammengesetzten Gesteinen – bekannt als Breccia-zu verschmelzen, die nachfolgende Bombardements erschütterten. Allmählich wurde diese chaotische Aufzeichnung entschlüsselt.
Bevor das Weltraumzeitalter begann, wussten wir, dass die Dichte des Mondes etwa 60% der der Erde betrug. Daten von umlaufenden Instrumenten und Oberflächenproben bestätigten das Vorherrschen leichterer Elemente in seiner Kruste. Hauptbestandteile sind Sauerstoff (45 Gew. -%) und Silizium (21 gew. -%), meist kombiniert mit Aluminium, Calcium, Magnesium, Eisen und Titan in verschiedenen Silikatmineralien., Viele andere Elemente treten in kleineren Mengen auf, obwohl die schwereren sehr selten sind.
Die räumliche Verteilung dieser Elemente ist unterschiedlich. Im Durchschnitt enthalten Mondhochlandgesteine fast dreimal so viel Aluminium, etwa ein Drittel so viel Eisen und weniger als ein Fünftel so viel Titan wie die Basalte. Aber diese Zahlen noch unter-repräsentieren die Vielfalt des Mondes. Proben von verschiedenen Landeplätzen zeigen signifikante Schwankungen, ebenso wie die auf der Erde gefundenen Mondmeteoriten.
Apollo 11, 12 und 14, alle zielgerichteten Flachland., Ihre Proben unterschieden sich merklich voneinander und deutlicher von Material, das Apollo 15 und 16 an Hochlandstandorten gesammelt hatten. Analog gefunden wurden Unterschiede zwischen Tiefland Proben zurück von Luna 16 und 24 und highland-material zur Verfügung gestellt von Luna 20. Aus dem ungewöhnlichen Gelände von Mare Serenitatis brachte Apollo 17 einzigartige Funde mit, die das Bild weiter bereicherten. Später ergab sich ein breiterer Kontext für all diese Ergebnisse aus langwierigen spektroskopischen Untersuchungen, die von Umkreissonden durchgeführt wurden, einschließlich des Mondprospektors der USA (1998-9) und des SMART-1 der Europäischen Weltraumorganisation (2003-6).,
Unter einer schwimmenden Kruste aus leichteren Substanzen sank dichtere Materialien wie das eisenreiche Olivin in das noch geschmolzene Magma unter
Insgesamt ist der häufigste Mondhochlandgestein Anorthosit (der auch auf der Erde weit verbreitet ist). Mondanorthosite bestehen hauptsächlich aus Plagioklas-Feldspat, einer Mischung, deren Hauptbestandteil Anorthit (CaAl2Si2O8) sowie etwas Albit (NaAlSi3O8) ist., Hochlandgesteine können auch kleinere Mengen anderer Mineralien enthalten – einschließlich Olivin (eine Mischung aus Mg2SiO4 und Fe2SiO4) und Ilmenit (hauptsächlich FeTiO3), die beide im Boden reichlich vorhanden sind.
Astronauten, die die Maria zu Fuß erforschten, fanden Gesteinsfragmente, die heller gefärbt waren als das umgebende Material und chemisch anders waren. Sie erwiesen sich als Trümmer von Feldspatfelsen im Hochland, die durch massive Meteoreinschläge zerschmettert und verstreut wurden., Eingeschlossene Argonblasen in diesen Proben (produziert durch radioaktiven Zerfall von Kalium-40) zeigten, dass sie sich viel früher verfestigt hatten als der gesamte Basalt darunter.
Die Isotopendatierung der ältesten Gesteine zeigt an, dass sich die Mondoberfläche vor etwa 4, 5 Milliarden Jahren zu verfestigen begann. Unter einer schwimmenden Kruste aus leichteren Substanzen (hauptsächlich Anorthositen) sank dichtere Materialien wie das eisenreiche Olivin in das noch geschmolzene Magma darunter., In der Zwischenzeit verursachten Kollisionen mit asteroidengroßen Körpern riesige Vertiefungen in der Oberfläche, von denen einige mit geschmolzenem Gestein gefüllt wurden, um das Bild zu erzeugen. Dieser Prozess war jedoch komplexer, als es zunächst schien.
Das relative Alter von Proben kann anhand des Ausmaßes geschätzt werden, in dem ihre (ursprünglich glatten) Oberflächen durch nachfolgende Stöße zerkratzt wurden, aber die Isotopendatierung von Proben kann genauer zeigen, wann sich eine bestimmte Oberfläche verfestigt hat., Es scheint, dass die meisten Becken, die durch Asteroideneinschläge entstanden sind, nicht sofort mit Magma gefüllt waren – in der Tat könnte die Verzögerung viele Millionen von Jahren dauern. Dieser Aufschwung erforderte daher einen weiteren Faktor, der zu weiteren chemischen Untersuchungen führte.
Kreeping towards understanding
Viele Apollo – Proben enthielten eine unerwartete Komponente-eine Mischung, die als „Kreep“ bekannt ist und Kalium (K), Seltenerdelemente (REE) und Phosphor (P) enthält., Aufgrund verschiedener physikalischer und chemischer Zwänge zögerten diese Elemente, mit den sie umgebenden Substanzen zu kristallisieren, und konzentrierten sich so auf das verbleibende flüssige Magma. Wenn sie sich schließlich erstarrten, wurden sie oft von anderen relativ ungeselligen Elementen begleitet. Dazu gehörten Uran und Thorium, die – zusammen mit dem radioaktiven Kalium-40 – genug Wärme erzeugen könnten, um Gesteine zu schmelzen.,
Quelle: Mit freundlicher Genehmigung von Wikimedia Commons
Neuere Daten zeigen, wie viel Thorium in verschiedenen Teilen des Mondes vorhanden ist (nearside links; farside rechts)
Es scheint wahrscheinlich, dass Suboberflächenkonzentrationen dieser wärmeproduzierenden Elemente die vulkanische Aktivität antrieben, die die Mondkruste durchdrang und die Aufpralldepressionen füllte. Diese These wird durch eine überraschende Anomalie bestätigt. Die von der Erde abgewandte Seite des Mondes hat viele Einschlagbecken, aber kaum Wasser., Dies wird auf den Widerstand der Kruste der anderen Seite zurückgeführt, von dem Satellitenumfragen gezeigt haben, dass sie etwa 15 km dicker ist als die Kruste auf der uns zugewandten Seite. Signifikant ist auch die relative Knappheit – wie Satellitenbeobachtungen zeigen-von wärmeerzeugenden Kreep-Ablagerungen auf der anderen Seite.
Als sich Beweise für die Zusammensetzung des Mondes häuften, verstärkte sich die Debatte über seine Herkunft. Einige Astronomen hatten vorgeschlagen, dass der Mond von der Proto-Erde gesponnen wurde – aber Computermodellierung zeigt, dass dies eine unwahrscheinlich hohe Rotationsgeschwindigkeit erfordern würde., Andere dachten, der Mond verschmelze aus einer Staubwolke, die die Erde umkreist – obwohl, wie diese Wolke entstand, mysteriös blieb. Und einige nahmen an, dass die Erde einen voll ausgebildeten Mond eroberte, der während der chaotischen Jugend des Sonnensystems seinen Weg kreuzte. Computermodelle weisen jedoch darauf hin, dass es entweder zu einem Fehlschlag oder zu einer Kollision gekommen wäre, wenn die Flugbahnen zweier solcher Körper nicht optimal ausgerichtet gewesen wären.
Gegenwärtig ist die überzeugendste Ursprungstheorie, dass die Kollision mit einem marsgroßen Körper die Erde umgestaltet und den Mond geschaffen hat., Ein starker Beweis dafür sind die bemerkenswerten Ähnlichkeiten zwischen der Mond-und der terrestrischen Chemie. Obwohl der Mond in schwereren Elementen ärmer ist, sind die relativen Anteile seiner leichteren Elemente denen auf der Erde sehr ähnlich. Darüber hinaus treten die Isotope bestimmter Elemente (insbesondere Sauerstoff) in nahezu identischen Anteilen in terrestrischen und Mondgesteinen auf. Im Gegensatz dazu zeigen andere außerirdische Proben-von Meteoriten und von den Mars – Sonden – eine viel größere chemische und Isotopenvielfalt.,
Quelle: © Science Photo Library
Alle Beweise deuten darauf hin, dass der Mond durch die Kollision der Erde mit einem streunenden Planeten entstanden ist
Es scheint daher wahrscheinlich, dass vor etwa 4,6 Milliarden Jahren ein streunender Planet (im Nachhinein Theia genannt) so heftig mit der Erde kollidierte, dass fast seine gesamte Materie – und ein Großteil der verdampft. Dieses Glühgas wurde gründlich gemischt, bevor es sich größtenteils um den Erdkern wieder verfestigte, während der Rest kondensierte, um den Mond zu bilden.,
Die Anwendung neuer Techniken auf vorhandene Ressourcen kann uns immer noch mehr über die Zusammensetzung und Geschichte des Mondes erzählen – in diesem Jahr hat das Apollo Next Generation Sample Analysis Program 8 Millionen US – Dollar (6,3 Millionen Pfund) für neue Projekte zugesagt-aber eine neue Welle der Exploration hat bereits begonnen. Chinas Mondsonde Chang ‚ e 4 überträgt jetzt aufregende Daten aus dem Aitken-Becken in der Nähe des Südpols des Mondes. Diese riesige Vertiefung-134 km breit und 6 km tief – wurde wahrscheinlich vor etwa 4 Milliarden Jahren von einem 200 km breiten Asteroiden geschaffen., Wissenschaftler haben lange geglaubt, dass es die Mondkruste knackte und geschmolzenes Material aus dem Mantel freisetzte (obwohl es nicht genug davon war, um sehr große dunkle Bereiche wie die Sonne auf der mondnahen Seite zu bilden).
Spektrochemische Analysen von Chang ‚ e 4 haben nun Oberflächenmineralien identifiziert, die diese Behauptung stützen, und weitere Ergebnisse werden in Kürze erwartet. In der Zwischenzeit sucht die Nasa dringend Bundesmittel für menschliche Landungen bis 2024, und Unternehmer bereiten privat finanzierte Missionen vor, um nach verwertbaren Bodenschätzen zu suchen., Es wurde bereits viel über die Chemie des Mondes gelernt, aber weitere Überraschungen können immer noch auf die nächste Generation von Forschern warten.
Mike Sutton ist ein science historian based in Newcastle, UK
Weiter Lesen
B L Joliffe, M Wieczorek, C K Shearer und C R Neal (Hrsg.), Neue Ansichten des Mondes, de Gruyter & Co, 2018
D Whitehouse, Der Mond: Eine Biographie, Headline, 2001