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Mondforschung: GRAIL vermisst das Schwerefeld des Mondes

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Die GRAIL-Mission | Zwei Satelliten, die in Formation zueinander fliegen, sollen das Schwerefeld und den inneren Aufbau des Erdmonds mit hoher Präzision erkunden. Die "Gravity-Recovery and Interior Laboratory"-Mission oder GRAIL soll sich ab dem 8. September 2011 auf den Weg zum Erdtrabanten begeben und dort im Januar 2012 in eine Umlaufbahn eintreten.
Um etwas über das unzugängliche Innere eines Planeten herauszufinden, müssen die Forscher auf indirekte Methoden zurückgreifen, indem sie unter anderem das Schwerefeld eines Himmelskörpers aus der Nähe vermessen. Ist dieses nicht perfekt homogen, so verrät es einiges über den inneren Aufbau eines Planeten oder Monds.

Schon seit Mitte der 1960er Jahre ist bekannt, dass das Schwerefeld unseres Erdmonds sehr inhomogen ist, als die ersten Raumsonden im Mondorbit zunächst unerklärliche Abweichungen in ihren Umlaufbahnen zeigten. Schnell fanden die Forscher heraus, dass es unter der Oberfläche des Mondes so genannte Massenkonzentrationen gibt, die als "Mascons" bezeichnet werden. Sie lenkten mit ihrer Schwerkraft die Sonden aus ihren vorherberechneten Bahnen ab. Die Mascons befinden sich vor allem unter den dunklen Mare-Gebieten auf der Mondvorderseite, die dem Mond sein typisches Gesicht geben. Allerdings beschränkten sich die meisten frühen Mondmissionen auf die Äquatorregionen des Erdtrabanten, so dass das Schwerefeld des Mondes in höheren lunaren Breiten längst nicht so genau bekannt ist.

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Das Schwerefeld der Mondvorderseite | Das Schwerefeld des Mondes ist sehr inhomogen, besonders auffällig sind die hier in Rot dargestellten Massenkonzentrationen oder "Mascons", die sich vor allem unterhalb der großen Mond-Maria befinden. Sie gehen vermutlich auf durch Einschläge verdichtete Gesteine zurück. Die GRAIL-Mission soll mit ihren Messungen dazu beitragen, dieses Rätsel zu lüften.
Nun soll die GRAIL-Mission, das Gravity Recovery and Interior Laboratory das Schwerefeld und das Innere des Mondes mit höchster Präzision erfassen. GRAIL soll ab dem 8. September 2011 starten und besteht aus zwei Satelliten, die in eine polare Umlaufbahn um den Mond eintreten. Nach dem Start fliegen die beiden Satelliten zunächst auf einer niederenergetischen Bahn über den Lagrange-Punkt L1, der sich in 1,5 Millionen Kilometer Entfernung in Richtung zur Sonne befindet. Für die Reise zum Mond benötigen die beiden GRAIL-Satelliten dadurch 3,5 Monate, aber es lässt sich mit diesem weiten Umweg viel Treibstoff beim Einschwenken in die Mondumlaufbahn sparen. Sie nähern sich dann dem Mond mit nur geringer Relativgeschwindigkeit an, wodurch für ein Abbremsmanöver in eine Umlaufbahn weniger Energie und damit Treibstoff benötigt wird.

Beide Satelliten sollen im Januar 2012 in eine Umlaufbahn in nur 50 Kilometer Höhe über der Mondoberfläche einschwenken und zueinander einen Abstand zwischen 175 und 225 Kilometern einhalten. Die Instrumentierung ist einfach, es handelt sich um hochpräzise Radiosender, die im hochfrequenten Ka-Band arbeiten. Mit diesen Sendern wird der Abstand der beiden Satelliten zueinander und zur Oberfläche des Mondes mit hoher Präzision auf Zentimeter genau vermessen. Das unregelmäßige Schwerefeld des Mondes beeinflusst die Bewegungen der beiden Satelliten auf ihrer Bahn relativ zu einander, woraus sich Rückschlüsse auf die Massenverteilung im Mondinneren ziehen lassen.

Die Hauptziele der Mission sind unter anderem die Erfassung der Struktur und der Dicke der Mondkruste, die Aufklärung der Strukturen unter der Oberfläche der Maria und herauszufinden, was die Mascons verursacht. Zudem möchten die Forscher ermitteln, wie groß der Eisenkern im Inneren des Mondes ist. Derzeit wird er auf einen Durchmesser von rund 400 Kilometern geschätzt, also auf nur rund vier Prozent des Mondvolumens.

Da der US-Raumfahrtbehörde NASA aber bewusst war, dass sie mit einer so abstrakten Mission zur Erkundung des Mondinneren außerhalb der Gemeinde der Planetenforscher nur auf wenig Resonanz stoßen würde, fügte sie jeweils eine Kamera zu den beiden Sonden hinzu. Sie sollen Aufnahmen des Mondes und der Erde bei den verschiedenen Flugmanövern liefern. Sie dienen dazu, vor allem Schüler und Studenten für die Mondforschung und das GRAIL-Projekt zu begeistern. Sie können Vorschläge für Aufnahmen bei der Projektleitung einreichen. Die Sonden nehmen dann die Bilder auf, die danach von der NASA direkt an die beteiligten Schulen und Universitäten zur Auswertung geschickt werden. Der Name des Projekts ist MoonKAM.

Tilmann Althaus

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  • Quellen
GRAIL-Programm, 12. August 2011

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