19
Juli
2019

50 Jahre Mondlandung – 50 Jahre Lunar Laser Ranging

Eine 50 Jahre alte Hinterlassenschaft auf dem Mond ermöglicht dem geodätischen Observatorium des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG) sowie anderen Observatorien weltweit, genaue Entfernungsmessungen zum Mond durchzuführen.

Bildquelle: NASA
Erste Mondlandung am 20. Juli 1969: Buzz Aldrin mit Laserreflektor in der rechten Hand. Bildquelle: NASA

Als am 20. Juli 1969 Neil Armstrong als erster Mensch den Mond betrat, sah die ganze Welt zu. Auch die Jahre davor und danach waren geprägt von Begeisterung für die Raumfahrt zum Mond, nicht zuletzt vor dem Hintergrund des Wettlaufs zwischen den USA und der Sowjetunion. Nach den vorläufig letzten Mondmissionen in den Jahren 1972 (USA) bzw. 1976 (Sowjetunion) ging das Interesse an unserem Trabanten allmählich wieder zurück. Nicht so bei den Wissenschaftlern.

Bildquelle: NASA
Apollo 14 Laserreflektor. Bildquelle: NASA

Armstrongs Kollege Buzz Aldrin hatte auf dem Mond eine Apparatur hinterlassen, die es bis heute ermöglicht, Distanzen zum Mond zentimetergenau zu messen: eine 46 x 46 Zentimeter große Tafel bestückt mit 100 Retroreflektoren, also Präzisionsprismen, die Laserlicht in die gleiche Richtung zurückstrahlen aus der es kommt. Bestrahlt wird das Reflektorarray von starken Pulslasern, die von der Erde aus durch Teleskope Lichtblitze auf die Reflektoren senden, die reflektiert und wieder im Teleskop erfasst werden. Aus der exakten Messung der Laufzeit von ca. 2,5 Sekunden lässt sich der Abstand zu den Reflektoren genau bestimmen.

Bildquelle: NIST/Dan Long/Apache Point Observatory
Laserentfernungsmessung während einer Mondfinsternis. Bildquelle: NIST/Dan Long/Apache Point Observatory

Die erste Messung zum Mondreflektor erfolgte allerdings erst ein paar Tage später: In der Nacht des 1. August 1969 gelang einem jungen Team von Physikern und Technikern des Lick Observatory am Mt. Hamilton in Kalifornien die erste Laserentfernungsmessung zum Mond. Die ersten Versuche in der Mondlandungsnacht waren erfolglos, da die Mondlandefähre an einem anderen Ort landete als geplant. Kommandant Neil Armstrong hielt nach einem besser geeigneten Landeplatz auf der Mondoberfläche Ausschau und setzte buchstäblich in letzter Sekunde an einem Ort zur Landung an, dessen Koordinaten zunächst nicht bekannt waren. Auch durch den tief stehenden Mond gestalteten sich die Messungen zunehmend schwierig, so dass bis zum ersten Treffer zwölf Tage vergingen.

Bildquelle: Uwe Hessels, BKG
Das Wettzell Laser Ranging System (WLRS) bei Nacht. Bildquelle: Uwe Hessels, BKG

Die anfängliche Messgenauigkeit von acht Metern konnte nach einiger Zeit auf wenige Meter gesteigert werden. Heute wird die Entfernung zum Mond bis auf wenige Zentimeter gemessen. Spitzenreiter ist die "Apache Point Observatory Lunar Laser Observation facility" (APOLLO). Mit einer Teleskopöffnung von 350 Zentimetern und einer Höhe von 2880 Metern über dem Meer ist sie sowohl von der Menge als auch von der Genauigkeit der Messungen unübertroffen. Zu den weltweit fünf aktiven Observatorien, die Mondmessungen durchführen, gehört auch das BKG-eigene Observatorium Wettzell im Bayerischen Wald. Hier werden seit 1990 gelegentlich Mondmessungen durchgeführt. Die Hauptaufgabe ist jedoch die Entfernungsmessung zu Satelliten (Satellite Laser Ranging - SLR).

Aus der genauen Ausmessung der Mondbahn resultiert nicht nur die Abstandsänderung des Mondes von 3,8 Zentimeter/Jahr als Folge der Gezeitenreibung. Es lassen sich daraus auch fundamentale Prinzipien der Physik testen wie z. B. die Konstanz der Gravitationskonstanten oder das Äquivalenzprinzip. Ferner lassen sich aus der Eigenrotation des Mondes und der Deformation infolge der Erdanziehung Rückschlüsse zum inneren Aufbau und der mechanischen Eigenschaften des Mondkörpers ziehen.

So sind auch 50 Jahre nach den ersten Laserentfernungsmessungen zum Mond die gewonnenen Daten immer noch von großem Interesse. Im Rahmen zukünftiger Mondmissionen ist sogar die Installation neuer, noch präziserer Reflektoren auf dem Mond geplant. Der Mond ist längst nicht "out".

 

Hintergrundinformationen zum Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG):

Als zentraler Dienstleister des Bundes und Kompetenzzentrum für Geoinformation und geodätische Referenzsysteme befasst sich das BKG mit der Beobachtung über die Datenhaltung bis hin zur Analyse, Kombination und Bereitstellung von Geodaten. Von der Arbeit des BKG, einer Behörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums des Innern, für Bau und Heimat (BMI), profitieren insbesondere Bundeseinrichtungen, die öffentliche Verwaltung, Wirtschaft, Wissenschaft – und fast jeder Bürger in Deutschland. Experten aus den verschiedensten Bereichen wie Verkehr, Katastrophenvorsorge, Innere Sicherheit, Energie und Umwelt verwenden Geodaten, Landkarten, Referenzsysteme und Informationsdienste des BKG für ihre Pläne und Untersuchungen. Das BKG unterhält ein Dienstleistungszentrum in Leipzig (www.geodatenzentrum.de) sowie geodätische Observatorien im In- und Ausland. Weitere Informationen finden Sie unter www.bkg.bund.de.

 

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