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Das heute weithin anerkannte Modell zur Entstehung des Mondes besagt,
dass vor etwa 4,5 Milliarden Jahren ein Himmelskörper von der Größe des Mars nahezu streifend mit der Protoerde kollidierte.
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Dabei wurde viel Materie, vorwiegend aus der Erdkruste und dem Mantel des einschlagenden Körpers, in eine Erdumlaufbahn geschleudert, ballte sich dort zusammen und formte schließlich den Mond.
Der Großteil des Impaktors vereinte sich mit der Protoerde zur Erde. Nach aktuellen Simulationen bildete sich der Mond in einer Entfernung von rund drei bis fünf Erdradien, also in einer Höhe zwischen 20.000 und 30.000 km.
Durch den Zusammenstoß und die frei werdende Gravitationsenergie bei der Bildung des Mondes wurde dieser aufgeschmolzen und vollständig von einem Ozean aus Magma bedeckt. Im Laufe der Abkühlung bildete sich eine Kruste aus den leichteren Mineralen aus, die noch heute in den Hochländern vorzufinden sind. Die äußeren Schichten des Mondes bestehen aus: Kalium, Rare Earth Elements (dt. Seltene Erden), Phosphor.
Die frühe Mondkruste wurde bei größeren Einschlägen immer wieder durchschlagen, so dass aus dem Mantel neue Lava in die entstehenden Krater nachfließen konnte. Es bildeten sich die Maria (Mondmeere), die erst einige hundert Millionen Jahre später vollständig erkalteten.
Das sogenannte letzte große Bombardement endete erst vor 3,8 bis 3,2 Milliarden Jahren, nachdem die Anzahl der Einschläge von Asteroiden vor etwa 3,9 Milliarden Jahren deutlich zurückgegangen war.
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Die zurückgelassenen Seismometer der Apollo-Missionen registrieren etwa 500 Mondbeben pro Jahr.
Diese Beben sind im Vergleich zu Erdbeben sehr schwach. Das stärkste erreichte eine Stärke von knapp 5 auf der Richterskala. Die meisten liegen aber bei einer Stärke von 2. Die seismischen Wellen der Beben können ein bis vier Stunden lang verfolgt werden. Sie werden im Mondinneren also nur sehr schwach gedämpft.
Mehr als die Hälfte der Beben entstehen in einer Tiefe von 800 bis 1.000 km und weisen Häufigkeitsspitzen beim Apogäum- und Perigäumdurchgang auf, das heißt, alle 14 Tage. Auch sind Beben aus der oberflächennahen Region des Mondes bekannt. Die Ursache liegt darin, dass sich der Aufbau des Mondes dem Mittelwert der durch die Erde verursachten Gravitation angepasst hat. Die Beben bauen die inneren Spannungen durch Gezeitenkräfte ab, die am erdnächsten und erdfernsten Punkt der Mondbahn ihr Maximum erreichen. Der Ursprung der Beben verteilt sich nicht gleichmäßig über eine komplette Mantelschale. Die meisten Beben entstehen an nur etwa 100 Stellen, die jeweils nur wenige Kilometer groß sind. Der Grund für diese Konzentration ist noch nicht bekannt
Durch ungewöhnliche Einflüsse auf die Bahnen der Lunar-Orbiter-Missionen erhielt man Ende der 1960er Jahre erste Hinweise auf Schwereanomalien, die man Mascons (Mass concentrations, Massenkonzentrationen) nannte. Durch Lunar Prospector wurden diese Anomalien näher untersucht, sie befinden sich meist im Zentrum der Krater und sind vermutlich durch die Einschläge entstanden. Möglicherweise handelt es sich um die eisenreichen Kerne der Impaktoren, die aufgrund der fortschreitenden Abkühlung des Mondes nicht mehr bis zum Kern absinken konnten. Nach einer anderen Theorie könnte es sich um Lavablasen handeln, die als Folge eines Einschlags aus dem Mantel aufgestiegen sind.
Die Oberfläche des Mondes ist mit 38 Mio. km2 etwa 15 % größer als die Fläche von Afrika mit der arabischen Halbinsel. Sie ist nahezu vollständig von einer trockenen, aschgrauen Staubschicht, dem Regolith, bedeckt. Der scheinbare „Silberglanz" wird einem irdischen Beobachter nur durch den Kontrast zum Nachthimmel vorgetäuscht, in Wirklichkeit hat der Mond sogar eine besonders geringe Albedo (Rückstrahlfähigkeit).
Die Mondoberfläche zeigt Kettengebirge, Gräben und Rillen, flache Dome und große Ebenen erstarrten Magmas, jedoch keinerlei aktive Tektonik wie die Erde. Der maximale Niveauunterschied zwischen der tiefsten Senke und dem höchsten Gipfel beträgt 16 km - gegenüber rund 20 km der Oberfläche der Erdkruste.
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Chemische Zusammensetzung der Mondkruste
Die Mondkruste ähnelt in ihrer Zusammensetzung der des irdischen Basalts. Sie besteht aus Aluminiumsilikaten und Kalzium-, Eisen-, Magnesium- und anderen Metall-Oxiden sowie Nichtmetallen und Gasen. Die prozentuale Zusammensetzung lautet:
Zusammensetzung der Mondkruste:
Sauerstoff 43 % Titan 2 % Schwefel 0,1 % Silicium 21 % Nickel 0,6 % Phosphor 0,05 % Aluminium 10 % Natrium 0,3 % Kohlenstoff 0,01 % Kalzium 9 % Chrom 0,2 % Stickstoff 0,01 % Eisen 9 % Kalium 0,1 % Wasserstoff 0,005 % Magnesium 5 % Mangan 0,1 % Helium 0,002 %
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Die Hochländer wurden früher als Kontinente angesehen und werden deshalb als Terrae bezeichnet. Sie weisen deutlich mehr Krater als die Maria auf und werden von einer bis zu 15 Meter dicken Regolithschicht bedeckt, die reich an hellem aluminiumreichen Anorthosit ist. Sie sind selenologisch älter als die Maria, die untersuchten Gesteine wurden auf 3,8 bis etwa 4,5 Milliarden Jahre datiert und sind vermutlich die Reste der ursprünglichen Mondkruste. Aus der Samarium-Neodym-Isotopensystematik von mehreren Mondanorthositen konnte ein Kristallisationsalter von 4,456 ± 0,04 Milliarden Jahren für diese Gesteine bestimmt werden, was als Bildungsalter der ersten Kruste und als Beginn der Kristallisation des ursprünglichen Magmaozeans interpretiert wird. Die gegenüber dem Lunabas helleren Hochlandgesteine werden unverbindlich Lunarit genannt.
Die Hochländer sind von sogenannten Tälern (Vallis) durchzogen. Dabei handelt es sich um bis zu einige hundert Kilometer lange, schmale Einsenkungen innerhalb der Hochländer. Ihre Breite beträgt oft wenige Kilometer, ihre Tiefe einige hundert Meter. Die Mondtäler sind in den meisten Fällen nach in der Nähe gelegenen Kratern benannt. (Siehe auch: Liste der Täler des Erdmondes)
In den Hochländern gibt es mehrere Gebirge, die Höhen von etwa 10 km erreichen. Sie sind möglicherweise dadurch entstanden, dass der Mond infolge der Abkühlung geschrumpft ist und sich dadurch Faltengebirge aufwölbten. Nach einer anderen Erklärung könnte es sich um die Überreste von Kraterwällen handeln. Sie sind nach irdischen Gebirgen benannt worden, zum Beispiel Alpen, Apenninen, Kaukasus und Karpaten |
Maria
Die erdzugewandte Seite des Mondes wird von den meisten und größten der dunklen Tiefebenen geprägt, die insgesamt 16,9 % der Mondoberfläche einnehmen. Auf der Vorderseite nehmen sie 31,2 % ein, auf der Rückseite nur 2,6 %. Die auffällige Gruppierung auf der erdnahen Seite liegt größtenteils in der Nordhälfte und bildet das volkstümlich so genannte „Mondgesicht". In der Frühzeit der Mondforschung hielt man die dunklen Flächen für Meere; sie werden deshalb nach Giovanni Riccioli als Maria (Singular: Mare) bezeichnet.
Die Maria sind erstarrte Lavadecken im Innern von kreisförmigen Becken und unregelmäßigen Einsenkungen. Die Depressionen sind vermutlich durch große Einschläge in der Frühphase des Mondes entstanden. Da in diesem Entwicklungsstadium der Mondmantel noch flüssig war, wurden ihre Böden anschließend von aufsteigendem Magma geflutet. Die geringere Krustendicke der erdzugewandten Mondseite hat die Magmaaustritte gegenüber denen auf der Rückseite stark begünstigt. Die dunklen Maregesteine werden unverbindlich auch als Lunabas bezeichnet.
Das Alter der dunklen Basalte beträgt 3,1 bis 3,8 Milliarden Jahre. Die Ebenen weisen nur wenige Krater auf und mit Ausnahme von diesen zeigen sie nur sehr geringe Höhenunterschiede von maximal 100 Metern. Zu diesen Erhebungen gehören die Dorsa; die sich flach aufwölbenden Rücken erstrecken sich über mehrere Dutzend Kilometer. Die Maria sind von einer 2 bis 8 Meter dicken Regolithschicht bedeckt, die reich an Eisen und Magnesium ist. |
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Erdabgewandte Seite Rückseite des Mondes. Links oben Mare Moscoviense.
Über die Rückseite des Mondes war vor den ersten Raumfahrtmissionen nichts bekannt, da sie von der Erde nicht sichtbar ist, erst Lunik 3 lieferte die ersten Bilder. Sie unterscheidet sich in mehreren Aspekten von der Vorderseite. Ihre Oberfläche prägen fast nur kraterreiche Hochländer; dazu zählt auch das große Südpol-Aitken-Becken, ein 13 km tiefer Krater mit 2240 km Durchmesser, der von vielen anderen Kratern überzeichnet ist. Untersuchungen der Clementine-Mission und des Lunar Prospector legen die Vermutung nahe, dass hier ein sehr großer Einschlagkörper die Mondkruste durchstoßen und möglicherweise Mantelgesteine freigelegt hat. Die Kruste der Rückseite ist mit 150 km gegenüber 70 km der Vorderseite etwa doppelt so dick.
Die erhalten gebliebene Redensart von der „dunklen Seite des Mondes" (engl. dark side of the Moon) für die erdabgewandte Mondseite ist nur symbolisch im Sinne einer unbekannten Seite zu verstehen; im eigentlichen Wortsinn ist die Redensart falsch, da - wie schon zu den Mondphasen angemerkt - Vor- und Rückseite im Laufe der Mondrotation abwechselnd von der Sonne beschienen werden. Durch den viel geringeren Flächenanteil der dunklen Mareebenen ist die erdferne Mondseite insgesamt sogar deutlich heller als die erdnahe. |
Einflüsse auf die Erde:
Die Gravitation des Mondes treibt auf der Erde die Gezeiten an. Dazu gehören nicht nur Ebbe und Flut in den Meeren, sondern auch Hebungen und Senkungen des Erdmantels. Die durch die Gezeiten frei werdende Energie wird der Drehbewegung der Erde entnommen und der darin enthaltene Drehimpuls dem Bahndrehimpuls des Mondes zugeführt. Dadurch verlängert sich gegenwärtig die Tageslänge um etwa 20 Mikrosekunden pro Jahr. In ferner Zukunft wird die Erdrotation an den Mondumlauf gebunden sein und die Erde wird dem Mond immer dieselbe Seite zuwenden. Der Abstand zwischen Erde und Mond wird dann wegen des übertragenen Drehimpulses etwa doppelt so groß sein wie heute.
Durch die konstante Abbremsung der Erdrotation tendiert das Erdinnere wegen seiner Trägheit dazu, bezüglich der Erdkruste differenziell zu rotieren. Es wird vermutet, dass die dadurch entstehenden Kräfte im Erdinneren mitverantwortlich sind für die Entstehung des Erdmagnetfeldes.
Die Erde ist nicht perfekt kugelförmig, sondern hat am Äquator einen größeren Radius als an den Polen. Die Gravitation der Sonne und des Mondes greift an dieser unsymmetrischen Masseverteilung an. Diese auf die Erde als Ganzes wirkenden Gezeitenkräfte erzeugen damit ein Drehmoment in Bezug auf den Erdmittelpunkt. Da die Erde ein ansonsten frei rotierender Kreisel ist, bewirkt das Drehmoment eine Präzession der Erdachse. Wäre die Sonne die einzige Ursache für Präzession, würde das im Jahresrhythmus umlaufende Drehmoment die Erdachse innerhalb von Millionen Jahren auch in die Bahnebene drehen. Dies würde ungünstige Umweltbedingungen für das Leben auf der Erde bedeuten, weil die Polarnacht abwechselnd die gesamte Nord- bzw. Südhalbkugel erfassen würde. Das monatlich umlaufende Drehmoment des Mondes verhindert, dass die Erdachse diese Stellung annimmt. Auf diese Weise trägt der Mond zu dem das Leben begünstigenden Klima der Erde bei.
Neben dem sichtbaren Licht reflektiert der Mond von der Sonnenstrahlung auch einen Teil deren Wärme auf die Erde. Die Größe dieser Erderwärmung bei Vollmond beträgt gegenüber Neumond jedoch nur drei hundertstel Grad Celsius.
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