Hi,
Ich habe meine Facharbeit jetzt fertig geschrieben und würde gerne eure Meinung und/oder Verbesserungsvorschläge dazu hören. Leider konnte ich mich auf Grund des 5 Seiten Limits, doch nur ein paar Punkte behandeln.
Der Mond
1 Einleitung
Ich habe für die Facharbeit das Thema „Der Mond“ gewählt, weil es mich schon immer interessiert hat was ein Mond eigentlich ist. Seitdem ich durch das Fernsehen und durch Zeitschriften erfahren habe, dass der Mond Einflüsse auf unseren Planeten hat, entschied ich mich diese genauer zu betrachten und mein Wissen dann gleich für die Facharbeit zu nutzen.
Mit meiner Facharbeit versuche ich einige Fragen zu beantworten, die sich vielleicht schon jeder einmal gestellt hat. Um eine Basis zum Verständnis des Mondes aufzubauen, erkläre ich zunächst was ein Mond eigentlich ist und spezialisiere mich anschließend immer mehr auf unseren Mond. Nach diesem Kapitel gehe ich genauer auf die Bewegungen des Mondes, dass bedeutet die Rotation und Umlaufbahn, ein und erkläre wie Finsternisse entstehen. Daraufhin behandle ich das bekannteste Phänomen, das der Mond mit sich bringt, nämlich Ebbe und Flut. Zum Schluss verlasse ich den Erdmond wieder und beziehe mich auf die Frage ob es auch noch weitere Monde in unserem Sonnensystem gibt.
2 Allgemeines zum Thema Mond
2.1 Was ist ein Mond?
Ein Mond ist ein natürlicher Himmelskörper1 der einen Planeten, in unserem Fall, die Erde, umkreist. Seitdem die Menschen Gegenstände in Umlaufbahnen der Erde befördern können, hat sich der Ausdruck Satellit2 für diese Gegenstände entwickelt. Somit wird auch der Mond als Satellit2 oder Trabant3 der Erde bezeichnet, weil er sie aus eigener Kraft umkreist. Heute hat die Erde viele künstliche Satelliten2, die z.B. das Wetter unseres Planeten beobachten.
2.2 Daten und Fakten von unserem Mond
Unser Mond hat einen Durchmesser von 3476 km (27% des Erddurchmessers). Er ist der fünftgrößte Mond unseres Sonnensystems4. Nach der Sonne ist er für uns das zweithellste Objekt am Himmel und mit einem mittleren Abstand von 384.000 km zur Erde ist er der uns am nächsten stehende Himmelskörper1. Seine Masse beträgt nur 1/81 der Erdmasse, dadurch herrscht auf der Mondoberfläche eine viel geringere Schwerkraft5 (1,62 m/s²) als auf der Erde (9,80665 m/s²). Durch die geringe Masse ist die Schwerkraft5 des Mondes zu schwach um eine „richtige“ Atmosphäre an den Mond zu binden. Er besitzt nur eine Exosphäre16. Sie besteht etwa zu gleichen Teilen aus Helium, Neon, Wasserstoff sowie Argon. Durch die fehlende Atmosphäre entweicht die Wärme der Sonnenstrahlung sobald sie auf den Mond trifft wieder in den Weltraum.
Deshalb gibt es auf ihm riesige Temperaturunterschiede, die auf der Tagseite bei 138 und auf der Nachtseite bei -171 Grad Celsius liegen.
3 Umlaufbahn und Rotation des Mondes?
3.1 Warum sehen wir immer die gleiche Seite des Mondes?
Der Mond umläuft die Erde mit einer Geschwindigkeit von 3600 km/h auf einer Ellipsenbahn6. Um die Erde einmal zu umkreisen benötigt der Mond 27 Tage, 7 Stunden und 43 Minuten. Genauso wie die Erde und jeder andere Planet rotiert der Mond um seine eigene Achse, allerdings dauert eine Mondumdrehung, also ein „Mondtag7“, genauso lang wie der Mond für eine Erdumrundung braucht. Diesen Vorgang nennt man eine gebundene Rotation8. Das Ergebnis der gleichschnellen Rotations- und Umlaufzeit um die Erde besteht darin, dass wir immer die gleiche Seite des Mondes sehen.
Diesen Vorgang kann man anhand eines Beispiels verdeutlichen, indem man einen Gegenstand mit einer Markierung nimmt. Dieser Gegenstand stellt den Mond dar. Anschließend nimmt man einen anderen Gegenstand, z.B. eine Flasche stellt sie auf einen Tisch, das ist die Erde. Bewegt man nun den Gegenstand so um die Flasche herum, dass die Markierung immer zur Flasche zeigt, hat sich unser „Mond“ einmal um die „Erde“ und um sich selbst gedreht.
3.2 Wie kommen die verschiedenen Phasen des Mondes zustande?
Die verschiedenen Mondphasen10 sind das auffälligste am Mond. Schon früh fragte man sich, wieso der Mond seine Gestalt ändert. Heute wissen wir, dass der Mond seine Gestalt nicht wirklich ändert, er bleibt immer eine Kugel. Die verschiedenen Phasen des Mondes sind nur möglich, weil der Mond nicht selbst leuchtet, sondern das Sonnenlicht nur zur Erde hin reflektiert.
Allerdings kann der Mond von der Sonne nie ganz beleuchtet werden, sondern es wird immer nur eine Seite, d.h.ca. 50% des Mondes, beleuchtet. Deshalb gibt es auf dem Mond, wie bei uns auf der Erde, Tag und Nacht. Dadurch, dass der Mond die Erde umkreist und somit nie „still steht“, können wir aber, je nach Position des Mondes nur an einem Tag die komplett beleuchtete Vorderseite sehen. Somit sehen wir bei Vollmond zwar den vollen Mond, aber genau genommen wird dieser nur Halb beleuchtet. Genauso ist es, wenn wir Halbmond haben. Wir sehen zwar einen halben Mond, aber in Wirklichkeit ist der Mond nur zu einem Viertel beleuchtet. Weshalb der Halbmond von Physikern auch als Viertelmond bezeichnet wird.
Die der Erde zugewandten Seite des Mondes, die nicht von der Sonne beleuchtet wird, ist allerdings während der verschiedenen Mondphasen10 nie völlig dunkel, sondern wird vom reflektierten Sonnenlicht der Erde „indirekt“ ein wenig aufgehellt. Diese Aufhellung wird als aschgraues Licht12 bezeichnet. Es ist bei einer schmalen Mondsichel am besten zu beobachten.
Wenn der Mond zwischen der Erde und der Sonne steht, ist für uns Neumond. Während dieser Zeit können wir den Mond nicht sehen, weil er uns die unbeleuchtete Seite zudreht.
Nach der Neumondphase sehen wir einen Mond, dessen beleuchtete Seite immer weiter zunimmt, weil der Mond sich Richtung Osten immer weiter von der Sonne entfernt. Hat der Mond nun sein erstes Umlaufviertel erreicht, bildet er mit der Erde und der Sonne einen rechten Winkel. Wir haben zunehmenden Halbmond. Nach dieser Phase nimmt der Mond immer weiter zu, bis er hinter der Erde steht. Sonne, Erde und Mond stehen nun in einer Linie. Die uns zugewandte Seite wird komplett beleuchtet. Wir haben Vollmond.
Nach dem Vollmond nehmen die Phasengestalten des Mondes wieder ab. Sobald Erde und Mond wieder einen rechten Winkel mit der Sonne bilden, haben wir Halbmond, der immer weiter abnimmt, bis wir wieder Neumond haben und das Ganze von vorne beginnt.
3.3 Finsternisse
3.3.1Wie entsteht eine Mondfinsternis?
Eigentlich könnte man denken, dass eine Mondfinsternis immer dann entsteht, wenn Vollmond ist. Dies ist aber nicht der Fall, Mondfinsternisse sind viel seltener. Da die Bahn des Mondes nicht in der gleichen Ebene wie die Bahn der Erde um die Sonne verläuft, sondern leicht gegen die Erbahn geneigt ist, zieht der Mond meistens knapp oberhalb oder unterhalb am von der Erde geworfenen Schatten vorbei.
Aber manchmal kommt es vor, dass der Mond auf seinem Weg um die Erde, genau in der Verbindungslinie Sonne-Erde steht und somit in den Schatten der Erde „eintaucht“. Wenn dies geschieht, erleben alle, die sich auf der Nachtseite der Erde befinden, eine Mondfinsternis. Zieht der Mond vollständig durch den Erdschatten, können wir eine totale Mondfinsternis beobachten. Wird der Mond allerdings nur teilweise vom Erdschatten abgedunkelt, können wir „nur“ eine partielle Mondfinsternis11 sehen.
3.3.2Wie entsteht eine Sonnenfinsternis?
Genauso wie im Falle der oben beschriebenen Mondfinsternis, kann eine Sonnenfinsternis nicht immer stattfinden wenn Neumond ist, weil die Bahn des Mondes nicht in der gleichen Ebene wie die Bahn der Erde um die Sonne verläuft. Zufälligerweise ist die Sonne ca. 400mal so weit von der Erde entfernt wie der Mond, während sie gleichzeitig den 400 fachen Durchmesser des Mondes aufweist. Das bedeutet, dass Sonne und Mond für uns am Himmel den gleichen scheinbaren Durchmesser besitzen. Wenn es nun geschieht, dass Sonne-Mond-Erde in einer Linie stehen, verdeckt der Mond die Sonne und wirft dabei seinen Schatten auf die Erde.
Dadurch, dass der Mond sich auf einer Ellipsenbahn6 um die Erde bewegt, kann es bei einer Sonnenfinsternis vorkommen, dass der Mond sich weiter weg von der Erde befindet und uns somit kleiner erscheint. Ist dies der Fall können wir nur eine ringförmige Sonnenfinsternis beobachten, weil der Mond die Sonne nicht mehr ganz verdecken kann.
Ist uns der Mond aber näher, dann ist er groß genug, um die komplette Sonne zu verdecken. Wir können eine totale Sonnenfinsternis beobachten.
Eine weitere Art der Sonnenfinsternis ist die partielle Sonnenfinsternis11. Diese kann man beobachten, wenn der Mond die Sonne nicht ganz, sondern nur teilweise bedeckt.
4 Einflüsse des Mondes auf die Erde
4.1 Wie entstehen Ebbe und Flut?
Die Gezeiten entstehen durch die Gravitationskraft9 der Sonne und des Mondes auf die Erde. Obwohl die Sonne viel größer ist als der Mond, ist dessen Gravitationskraft9 im Bezug auf die Erde mehr als doppelt so groß als die der Sonne, weil er uns viel näher steht.
Ein weiterer Grund für die Gezeiten ist, dass es einen gemeinsamen Schwerpunkt von Erde und Mond gibt, um den beide kreisen. Da die Masse der Erde 81mal größer ist als die des Mondes befindet sich dieser Schwerpunkt 4740 km vom Mittelpunkt der Erde entfernt, also liegt dieser Punkt im Inneren der Erde, die einen Radius von 6378 km hat. Dieser gemeinsame Schwerpunkt entsteht wenn: Der Mond befindet sich 384.000 km vom Erdmittelpunkt der Erde entfernt, da die Erde 81mal größer ist, ergibt das für den gemeinsamen Schwerpunkt 384.000 km / 81 =4740 km.
Durch das Kreisen der Erde um diesen gemeinsamen Schwerpunkt entsteht eine dem Mond entgegen gerichtete Zentrifugalkraft13, die zu jeder Zeit an jeder Stelle der Erde gleichgroß ist.
Mit der Gravitationskraft9 verhält sich das anders, sie nimmt ab umso weiter die Erde sich von Mond oder Sonne entfernt.
Die Differenz dieser beiden Kräfte, der immer gleichen Zentrifugalkraft13 der Erde und der von Ort zu Ort variierenden Gravitationskraft9 des Mondes und der Sonne, bestimmen nun die Gezeiten.
Da die Gravitationskraft9 des Mondes auf der dem Mond zugewandten Seite größer ist als die Zentrifugalkraft13 der Erde, ergibt sich aus dieser Differenz eine dem Mond zugewandte Kraft. Das Wasser wird vom Mond „angezogen“. Auf der dem Mond abgewandten Seite der Erde ist die Gravitationskraft9 des Mondes, auf Grund der größeren Entfernung, schwächer als die Zentrifugalkraft der Erde. Deshalb ergibt sich dort eine dem Mond abgewandte Kraft. An diesem Ort der Erde wird das Wasser von der Erde abgestoßen. Diese Differenzen erzeugen jeweils einen Wasserberg auf der dem Mond zugewandten und der abgewandten Seite der Erde. Bei Neu- und Vollmond entstehen besonders hohe, so genannte Springfluten, weil sich die Gravitationskräfte der Sonne und des Mondes addieren.
Wenn wir z.B. Halbmond haben, bilden Sonne, Erde und Mond einen rechten Winkel, wodurch sich die Kräfte von Sonne und Mond teilweise auslöschen. Es entsteht eine schwächere, so genannte Nippflut.
5 Sonstiges
5.1 Gibt es weitere Monde in unserem Sonnensystem?
Der Mond der Erde ist in unserem Sonnensystem4 nicht einmalig. Bereits im Jahr 1609 entdeckte Galileo Galilei vier weitere Monde, die den Planeten Jupiter umkreisen. Heute weiß man, dass die Planeten Merkur und Venus keine Monde besitzen. Die Erde besitzt einen und der Mars zwei Monde, mit den Namen Phobos (27x22x18km) und Deimos (15x12x10km). Aufgrund ihrer geringen Größe und der unregelmäßigen Form vermutet man, dass sie zwei von der Gravitationskraft9 des Mars eingefangene Felsbrocken sind. Jupiter, der größte Planet unseres Sonnensystems4, besitzt die meisten Monde aller Planeten. Bis heute sind 63 Monde bekannt die in der Größe stark variieren. Die mit Abstand größten Monde Jupiters sind die vier Galileischen Monde14 Ganymed (5.262 km), Kallisto (4.821 km), Io (3.643 km) und Europa (3.122 km). Die restlichen Monde sind meist nur wenige Kilometer groß. Sie wurden erst in den letzten Jahren entdeckt. Vom nächsten Planeten, Saturn, sind bis heute 46 Monde bekannt. Der mit Abstand größte Mond Saturns ist Titan mit 5.150km. Die vier Monde Rhea, Dione, Tethys und Iapetus besitzen einen Durchmesser zwischen 1.050 km und 1.530 km. Die anderen Monde haben nur noch einen Durchmesser von meist wenigen Kilometern. Deshalb vermutet man, dass diese Monde, von der Gravitationskraft9 des Saturns eingefangene Gesteinsbrocken sind. Uranus, der drittgrößte Planet, hat 29 Monde, von denen nur die vier Monde, Titania 1577.8 km, Oberon 1522.8 km, Umbriel 1169.4 km und Ariel 1158 km über 1000 km groß sind. Die meisten der restlichen Monde haben nur einen Durchmesser von unter 100 km. Von Neptun sind bis heute 13 Monde bekannt, die man bis auf einen Mond Triton 2706,8 km, als „winzig“ bezeichnen kann. Von Pluto wurden bis heute drei Monde entdeckt. Charon, der mit 1200 km größte Mond Plutos, ist halb so groß wie Pluto, weshalb Pluto und Charon auch als Doppelplaneten-System15 bezeichnet werden. Die beiden anderen Monde sind mit einem Durchmesser von 55 und 160 km viel kleiner als Charon.