Dem Mond so nah

Im Bann der Anziehungskraft unseres Erdtrabanten

  • Naturwissenschaften
13. Juni 2019

Seit jeher beeinflusst und fasziniert der Mond die Menschen. Er ist ein ständiger Begleiter und schien doch unerreichbar – bis zu jenem Moment vor 50 Jahren, als der erste Mensch seinen Fuss daraufsetzte. Doch obwohl der Erdtrabant erobert, vermessen und erforscht wurde, gibt er immer noch Rätsel auf.

16. Juli 1969, 9:32 Uhr Ortszeit: Mit dem Getöse eines Vulkanausbruchs startet die Saturn V-Rakete vom Kennedy Space Center in Florida. An Bord befinden sich die Astronauten Neil Armstrong, Edwin E. Aldrin und Michael Collins. Ihr Ziel: Der Mond. Die Apollo 11-Mission markiert den Höhepunkt des Wettlaufs ins All zwischen den USA und der Sowjetunion. Nur acht Jahre zuvor hatte Präsident John F. Kennedy verkündet, die USA würden noch vor dem Ende des Jahrzehnts einen Menschen auf den Mond bringen. Als die Rakete abhebt, kann jedoch noch niemand mit Sicherheit sagen, ob dieser Menschheitstraum in Erfüllung gehen wird.

Seit Urzeiten übt der Mond eine unwiderstehliche Anziehungskraft auf die Menschen aus. Ständig wandelt er seine Gestalt: Mal zeigt er sich als kaum sichtbare Sichel, dann wieder als kreisrunde Scheibe, die in manchen Nächten rotglühend und zum Greifen nah über dem Horizont auftaucht. Dieses Schauspiel zog bereits unsere Urahnen in seinen Bann, die den rätselhaften Begleiter der Erde aus der Ferne bewunderten und anbeteten. Denn der Mond hatte die Macht, die Geschicke der Menschen zu lenken: Er brachte Regen, liess die Feldfrüchte wachsen und das Vieh gedeihen, er machte die Frauen fruchtbar und wachte über eine sichere Geburt. So wie die Sonne wurde auch der Mond in vielen Kulturen als Gottheit verehrt. Der Mond war in Ägypten und auch in vielen anderen Kulturen ein wichtiger Zeitmesser – er gab den Rhythmus des Lebens vor. Bereits die Sumerer im alten Babylonien kannten vor mehr als 4000 Jahren Mondkalender. Solche Kalender halfen unter anderem, die Zeiten für Aussaat und Ernte zu bestimmen. Der Mondkalender beeinflusst auch heute noch die jüdische Kultur.

Im Spiegel der Kunst

Der Mond diente oft auch als Inspiration für Kunstschaffende und Dichter. Das bekannteste Beispiel aus jüngerer Zeit ist wohl das Abendlied von Matthias Claudius „Der Mond ist aufgegangen“. Besonders in der Romantik war der Erdtrabant ein beliebtes Motiv in Gedichten. Er stand unter anderem für Sehnsucht und unerfüllte Liebe.Zum Tweeten klicken Einsamen Herzen spendete er Trost, war Freund und treuer Begleiter und tauchte die Sorgen des Tages in ein mildes Licht. Auch in Bildern und Grafiken taucht der Mond häufig auf, mal in seiner wahren Gestalt, mal personifiziert als Gottheit, wie beispielsweise die Radierung „Luna auf ihrem Wagen“ von Claude Mellan aus dem Jahre 1633 zeigt.

Den Mond im Spannungsfeld zwischen Kunst und Wissenschaft wurde in der Sonderausstellung „Fly me to the Moon" des Kunsthauses Zürich 1 thematisiert. Darin zu sehen sind auch Leihgaben der ETH-Bibliothek, darunter alte und seltene Drucke sowie ein sogenanntes Tellurium aus dem 19. Jahrhundert – ein astronomisches Modell, das Sonne, Erde und Mond sowie deren Bahnen darstellt.

Im Video-Interview beschreibt Cathérine Hug, Kuratorin der Ausstellung, was Kunst mit dem Mond verbindet.

20. Juli 1969, vier Tage und etwa vier Stunden nach dem Start. Die Apollo 11-Astronauten haben die Mondumlaufbahn erreicht. Langsam löst sich die Landefähre „Eagle" vom Raumschiff, mit Armstrong und Aldrin an Bord. Gebannt blicken sie aus den Fenstern auf die Oberfläche des Mondes, die immer näherkommt. Doch der automatisch gesteuerte Anflug läuft nicht wie geplant: Der vorgesehene Landeplatz ist mit Geröll bedeckt. Ein Aufsetzen wäre zu riskant. Kurzentschlossen übernimmt Armstrong die manuelle Steuerung, sucht nach einem geeigneten Ort. Im Kontrollzentrum in Houston steigt die Nervosität: Der Treibstoff reicht nur für ein Landemanöver – eine zweite Chance gibt es nicht.

Im Fokus der Himmelsforscher

Dass Menschen die Mondoberfläche tatsächlich einmal aus nächster Nähe sehen würden, hätten sich die Astronomen vor mehr als 500 Jahren wohl nicht träumen lassen. Sie beobachteten den Mond von der weit entfernten Erde aus – mit blossem Auge. Details waren so nicht zu erkennen. Aber die Bahnen des Erdtrabanten wie auch Mondfinsternisse liessen sich bereits sehr genau vorausberechnen. So veröffentlichte zum Beispiel der deutsche Astronom Johannes Müller, später Regiomontanus genannt, um 1472 das Calendarium 2 , einen Kalender mit Positionsberechnungen von Sonne und Mond für die Jahre 1475 bis 1531. Das Werk, von dem auch die ETH-Bibliothek ein Exemplar besitzt, enthält Tabellen und einfache Zeichnungen. Zu jener Zeit dienten Zeichnungen des Mondes hauptsächlich zur Illustration, waren aber nicht auf topografische Korrektheit ausgelegt.

Das änderte sich mit der Erfindung des Teleskops im Jahre 1608. Dank ihm rückten die Menschen dem Mond zumindest optisch einen gewaltigen Schritt näher: Plötzlich liess sich erkennen, dass die Oberfläche reich strukturiert ist und aus Kratern und Bergen besteht. Galileo Galilei war einer der ersten, der detaillierte Zeichnungen der Mondoberfläche anfertigte. Er veröffentliche diese 1610 in seinem Werk «Sidereus nuncius“Zum Tweeten klicken 3 – zu Deutsch „Sternenbote“ oder „Nachricht von den Sternen“. Dank dem Teleskop sah Galileo etwa zehn Mal mehr Sterne als mit blossem Auge. Und er entdeckte, dass nicht nur die Erde einen Mond besitzt, sondern auch andere Planeten im Sonnensystem: Gleich vier Monde umkreisten den Jupiter! Bis heute wurden 75 weitere Jupitermonde entdeckt, aber die vier Galileischen sind mit Abstand die grössten. 4

Fast zur selben Zeit, im Jahr 1614, veröffentlichte der deutsche Astronom Johann Georg Locher zusammen mit seinem Lehrer Christoph Scheiner die «Disquisitiones mathematicae» 5 . Die darin enthaltenen Mondkarten waren zwar gröber als die von Galilei, aber die Lage und Grösse der sogenannten „Maria" (Mondmeere) war genauer. So benannte man in der frühen Mondforschung die dunklen Flecken auf der Mondoberfläche, die man damals tatsächlich für Meere hielt. Heute weiss man, dass diese Bereiche Becken sind, die in der frühen Entstehungsgeschichte durch gewaltige Meteoriteneinschläge entstanden sind. Sie füllten sich mit Lava, die aus dem Mondinnern ausströmte, und haben eine andere Gesteinszusammensetzung als die hellen Hochebenen. 6

Mondkarte von Hevel und Riccioli «Tabula selenographica»Unter den späteren Mondkarten stechen die Darstellungen des Astronomen Johannes Hevelius in seinem Werk «Selenographia» von 1647 hervor. Er gilt als Begründer der Selenographie, der Geografie des Mondes. Auf seinen Karten basieren auch die Kupferstiche von Giovanni Riccioli in «Almagestum Novum“ (1651), die sehr fein und detailreich sind und inhaltliche Verbesserungen enthalten. Riccioli beschriftete viele der Oberflächenstrukturen bereits mit ihren "modernen" Namen, die auch heute noch verwendet werden.Druckgrafik o.D. (ETH-Bibliothek Zürich, Bildarchiv, Ans_02775-020-PL)
Darstellung der Mondphasen «Harmonia macrocosmica»Eines der spektakulärsten Kunstwerke in der Astronomiegeschichte sind die Himmelskarten von 1660 des deutsch-niederländischen Mathematikers und Kosmografen Andreas Cellarius. Unter den wunderschön ausgestalteten Karten der «Harmonia macrocosmica» findet sich auch eine Darstellung der verschiedenen Mondphasen.Andreas Cellarius, 1709 (ETH-Bibliothek Zürich, Alte und Seltene Drucke, Rar1517_0018)

Einen weiteren Fortschritt in der Mondbeobachtung brachte – mehr als 200 Jahre später – die Fotografie. Sie löste das mühsame Zeichnen am Teleskop ab und eröffnete neue Möglichkeiten für die Erforschung des Erdtrabanten. Ab 1864 veröffentliche der Amerikaner Lewis Morris Rutherford, Pionier der Astrofotografie, Bilder des Mondes, die er vom Garten seines Hauses in New York aus aufgenommen hatte 7 . Ein Foto vom 8. März 1865 8 , von dem ein Abzug im Besitz der ETH-Bibliothek ist, gilt als das beste Mondbild der damaligen Zeit.

In den Beständen der ETH-Bibliothek findet sich ausserdem eine systematische Kartierung der Mondoberfläche anhand von Fotografien, die Charles Le Morvan 1914 veröffentlichte 9 .

Nur wenige Jahrzehnte später wurde – dank grosser technischer Fortschritte – aus der reinen Beobachtung eine echte Annäherung: Nachdem in den späten 1940er-Jahren erste Raketen ins All geschossen wurden, erreichte 1959 erstmals ein irdisches Flugobjekt, die sowjetische Sonde "Lunik 2", die Mondoberfläche.Zum Tweeten klicken Plötzlich schien eine Reise zum Mond zum Greifen nah. Auf Lunik 2 folgten weitere sowjetische, später auch amerikanische Raumsonden. Sie schossen Fotos, machten Filmaufnahmen oder massen das Magnetfeld des Mondes. 1966 gelang mit „Luna 9" die erste weiche Landung – ein unerlässlicher Schritt auf dem Weg zu einer bemannten Mission.

Der Traum wird wahr

20. Juli 1969, vier Tage und mehr als sechs Stunden nach dem Start. Aufatmen im Kontrollzentrum in Houston – das Landemanöver ist gelungen. Die Mondlandefähre „Eagle" mit Armstrong und Aldrin an Bord hat sicher auf der Oberfläche aufgesetzt. Bald darauf ist es soweit: In seinem unförmigen Raumanzug steigt Neil Armstrong langsam die Leiter hinab. Mehr als 500 Millionen Menschen weltweit verfolgen den historischen Moment an den Fernsehbildschirmen 10 . Sie sehen, wie der erste Mensch seinen Fuss auf die Mondoberfläche setzt und hören die berühmt gewordenen Worte:

"That's one small step for a man. One giant leap for mankind."Zum Tweeten klicken

Bald darauf folgt auch Aldrin. Während ihres etwa zweieinhalbstündigen Mondspaziergangs stellen die Astronauten Messgeräte für wissenschaftliche Versuche auf, unter anderem ein Sonnensegel der Universität Bern sowie ein Seismometer zu Messung von Mondbeben. Und sie sammeln etwa 20 Kilogramm Mondgestein ein, das sie auf die Erde zurückbringen.

Ein winziges Stückchen Apollo-Mondgestein ist im erdwissenschaftlichen Forschungs- und Informationszentrum focusTerra der ETH Zürich zu sehenZum Tweeten klicken 11 . Untersuchungen von Gesteinsproben der ersten und aller weiteren Apollo-Missionen sowie der russischen Luna-Raumsonden lieferten wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse. Sie belegten erstmals, dass der Mond – so wie die Erde auch – einen Mantel aus Silikat und einen Kern aus Eisen besitzt. Ausserdem liess sich nun das Alter des Mondes bestimmen.

Die neuen Erkenntnisse beeinflussten auch die Kunstwelt – dies bringt Cathérine Hug im Interview näher.

Geboren aus Trümmern

Die Apollo-Proben liefern auch Hinweise darauf, wie der treue Begleiter der Erde entstanden sein muss. Dazu gibt es verschiedenen Theorien, von denen die heute am weitesten akzeptierte die des sogenannten „giant impact“ ist.Zum Tweeten klicken Dieser zufolge schlug ein etwa marsgrosser Himmelskörper (mit einem Durchmesser von mehreren tausend Kilometern) – genannt Theia – in die junge Erde ein. Durch den gewaltigen Aufprall entstand eine enorme Hitze. Trümmer wurden ins All geschleudert, die zunächst eine Scheibe um die Erde bildeten, woraus sich der Mond formte. Viele Beobachtungen und Messungen untermauern die Theorie – auch die Analysen von Maria Schönbächler, Professorin am Institut für Geochemie und Petrologie der ETH Zürich. Sie untersuchte kürzlich mit Hilfe neu entwickelter Methoden das chemische Element Zirkonium in Proben der Apollo-Missionen. Frühere Studien hatten bereits gezeigt, dass Gesteine von Erdmantel und Mond eine fast identische Isotopen-Zusammensetzung 12 aufweisen. Sie haben sozusagen denselben Fingerabdruck und müssen sich daher aus demselben Material gebildet haben. Schönbächler konnte dies mit ihrer Analyse des Zirkoniums bestätigen. Sie untersucht zudem Mondmeteorite, die auf der Erde gefunden wurden. Im Video-Interview erklärt sie, warum diese wichtig für die Forschung sind und was sie sich von künftigen Mondmissionen erhofft.

Nach wie vor gibt es viele ungeklärte Fragen rund um die Mondentstehung, welche die Forschung lösen will. Derzeit untersucht die Gruppe von Maria Schönbächler, wie während der Abkühlungsphase das Magma im Innern des Mondes zu festem Gestein kristallisierte. Diese Prozesse will auch die Gruppe von ETH-Professor Max Schmidt am Departement Erdwissenschaften verstehen. Im Labor stellen die Forschenden unter hohem Druck und hohen Temperaturen die damaligen Bedingungen im Mondinnern nach. David Sollberger vom Institut für Geophysik der ETH Zürich untersucht das Mondesinnere auf eine ganz andere Art: Er hat eine neue Methode entwickelt, mit der sich erstmals die Aufzeichnungen von Mondbeben der Apollo 17-Mission auswerten lassen. Die Methode hilft, neue Erkenntnisse über den Aufbau des Mondinnern zu gewinnen.

Pläne für Monddorf

Auch wenn seit 1972 – dem Jahr der sechsten und letzten Apollo-Mission – niemand mehr den Mond betreten hat: Er bleibt bis heute das am häufigsten besuchte Objekt im Sonnensystem und das einzige, auf dem je Menschen standen.Zum Tweeten klicken Das veranschaulicht eine Übersicht sämtlicher bemannter und unbemannter Weltraummissionen, die in der Sonderausstellung „Expedition Sonnensystem" von focusTerra zu sehen ist.

Forschungsgeschichte David Sollberger (Seite 1) Illustrationen: Studio Nippoldt; © focusTerra – ETH Zürich
Forschungsgeschichte David Sollberger (Seite 2) Illustrationen: Studio Nippoldt; © focusTerra – ETH Zürich
Forschungsgeschichte Maria Schönbächler (Teil 1)Illustrationen: Studio Nippoldt; © focusTerra – ETH Zürich
Forschungsgeschichte Maria Schönbächler (Teil 2)Illustrationen: Studio Nippoldt; © focusTerra – ETH Zürich
Weltraummissionen (Seite 1)Illustrationen: Studio Nippoldt; © focusTerra – ETH Zürich
Weltraummissionen (Seite 2)Illustrationen: Studio Nippoldt; © focusTerra – ETH Zürich

Nun rückt der nächste Nachbar der Erde erneut in den Fokus der Raumfahrt: Mehrere Nationen wollen in den nächsten Jahren wieder bemannte Flüge durchführen, darunter die USA, China und Japan. Die europäische Raumfahrtbehörde ESA arbeitet gar an Plänen für ein Monddorf, in dem sich Astronauten länger aufhalten könnten. Und es gibt die Vision, auf dem Mond vorkommende Rohstoffe – etwa Edelgase und seltene Metalle – abzubauen und zu gewinnen und auf die Erde zurückzubringen. Dass dies sehr bald geschehen wird, ist jedoch unwahrscheinlich. Denn Mondlandungen sind extrem teuer, technisch anspruchsvoll und funktionieren oft nicht wie geplant. Das jüngste Beispiel: Eine unbemannte Sonde, die Israel im April 2019 zum Mond gesandt hatte, zerschellte bei der Landung. Der Erdtrabant, so scheint es, gibt sich alle Mühe, sich weiteren Annäherungsversuchen des Menschen zu entziehen. Um doch noch etwas von seinen Geheimnissen zu bewahren.

Fussnoten

  1. http://www.kunsthaus.ch/de/ausstellungen/aktuell/fly-me-to-the-moon/ ↩︎
  2. ETH-Bibliothek, Alte und Seltene Drucke, Rar 1415. https://www.e-rara.ch/zut/content/titleinfo/2434477 ↩︎
  3. ETH-Bibliothek, Alte und Seltene Drucke, Rar 4432. https://www.e-rara.ch/zut/content/titleinfo/891933. Das Exemplar im Besitz der ETH-Bibliothek enthält zwar keine Zeichnungen, hat jedoch wegen der niedrigen Stückzahl der Auflage Seltenheitswert. ↩︎
  4. Europa, der kleinste der Galileischen Jupitermonde, hat eine Oberfläche aus Eis. Darunter vermuten Forschende einen etwa 100 Kilometer tiefen Ozean aus flüssigem Wasser. Deshalb gibt es Spekulationen, dass sich auf „Europa" Leben entwickelt haben könnte. Beweise fehlen bisher jedoch. Auch andere Monde im Sonnensystem, etwa der Saturnmond Titan, werden als mögliche Lebensräume gehandelt. Wasser konnten Wissenschaftler auch auf dem Erdmond nachweisen, es kommt dort aber nur in sehr geringen Mengen und in gefrorener Form vor. ↩︎
  5. ETH-Bibliothek, Alte und Seltene Drucke, Rar 4325. https://www.e-rara.ch/zut/content/titleinfo/359255 ↩︎
  6. Die hellen Flecken bestehen aus Gesteinen mit einem hohen Anteil an Feldspat-Kristallen, die dunklen aus Basalten vulkanischen Ursprungs. ↩︎
  7. https://blogs.ethz.ch/digital-collections/2008/11/14/lewis-m-rutherfurd-the-moon-new-york-1865/ ↩︎
  8. https://www.e-pics.ethz.ch/index/ETHBIB.Bildarchiv/ETHBIB.Bildarchiv_Ans_02775-018-PL_583510.html ↩︎
  9. ETH-Bibliothek, Alte und Seltene Drucke, 10187 GF. https://www.e-rara.ch/zut/content/titleinfo/3285226 ↩︎
  10. Im Bildarchiv der ETH findet man eine Reportage von 15 Fotografien zu Mondlandung (vom TV abfotografiert): http://doi.org/10.3932/ethz-a-000661647 ↩︎
  11. Das sogenannte „Lunar Sample Display", ein Geschenk des damaligen US-Präsidenten Nixon, zeigt nebst einem Stückchen Mondgestein auch eine kleine Schweizer Flagge, welche die Apollo 11-Astronauten zum Mond und wieder zurückgebracht haben. ↩︎
  12. Die verschiedenen Isotope eines chemischen Elements unterscheiden sich in ihrer Masse und können in verschiedenen Materialien in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen vorkommen. ↩︎
  13. Das hier angegebene Alter des Mondes hat ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der ETH im Jahr 2005 anhand von Mondproben der verschiedenen Apollo-Missionen datiert. https://idw-online.de/de/news138356. Andere Studien kamen zu ähnlichen Ergebnissen. ↩︎
  14. In der Zeit, in welcher der Mond die Erde einmal umrundet, dreht er sich auch einmal um seine eigene Achse. Das ist der Grund dafür, dass er uns immer dieselbe Seite zeigt – seine Rückseite bleibt verborgen. Die ersten Bilder von dort lieferte 1959 die sowjetische Mondsonde Lunik 3, die am Mond vorbeiflog. Am 3. Januar 2019 landete die chinesische Raumsonde Chang’e-4 als erste auf der Rückseite des Mondes und machte dort Videoaufnahmen. ↩︎