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Dienstag, 30.08.2016
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Rätselhafter Vollmond-Effekt aufgeklärt

Sonnenwärme lässt Lasersignal der Mondreflektoren bei Vollmond verschwinden

Schon seit einigen Jahren beobachten Astronomen einen seltsamen Effekt: Wenn sie ihre Laserstrahlen bei Vollmond auf den Mond richten, dann scheint er diese Signale komplett zu schlucken – obwohl die Reflektoren auf der Mondoberfläche gerade dann am besten auf die Erde ausgerichtet sind. Den Grund für diesen "Vollmond-Effekt" haben Physiker herausgefunden – bei einer Mondfinsternis: Die Wärme des bei Vollmond direkt auf die Reflektoren scheinenden Sonnenlichts ist schuld.
Laser Ranging bei einer Mondfinsternis

Laser Ranging bei einer Mondfinsternis

Die ersten Menschen auf dem Mond haben einiges dort hinterlassen, darunter auch mehrere koffergroße Laserreflektoren. Sie dienen bis heute einem wichtigen Zweck: Astronomen richten von der Erde aus starken Laserpulse auf die Reflektoren und ermitteln aus der Laufzeit der zurückgeworfenen Strahlen, wie weit der Erdtrabant von uns entfernt ist – bis auf einen Millimeter genau. In den letzten Jahrzehnten stellten die Forscher durch dieses Lunar Laser Ranging unter anderem fest, dass sich der Mond allmählich von uns entfernt und auch, dass er einen noch immer flüssigen Kern besitzen muss.

Rätselhafter Vollmond-Effekt


Tom Murphy, Physiker der University of Chicago, ist einer der Forscher, die diese Messungen am Apache Point Observatory in New Mexico durchführen. Er und seine Kollegen stellten im Laufe der Zeit fest, dass die von den Reflektoren zurückgeworfenen Signale seltsamerweise immer dann besonders schwach ausfielen, wenn Vollmond war. Eigentlich müssten sie zu dieser Zeit am stärksten sein, denn dann sind die Schüsseln am direktesten zur Erde hin ausgerichtet.

Ein von Apollo-Astronauten auf dem Mond aufgestellter Laser-Reflektor

Ein von Apollo-Astronauten auf dem Mond aufgestellter Laser-Reflektor

Doch selbst wenn die Forscher alle gängigen Quellen von Störeffekten herausrechneten, fingen sie nur ein Prozent der Photonen wieder ein, die es eigentlich sein müssten. Andere Observatorien hatten noch weniger Glück und konnten bei Vollmond gar kein Signal mehr vom Mond empfangen. "Wir haben es den "Vollmond-Fluch getauft", erklärt Murphy. "Eine Weile lang dachten wir, es wäre einfach nur Pech, aber der Trend hielt an, Monat für Monat."


Mondfinsternis als Test


Was aber war die Ursache für das seltsame Verschlucktwerden der Laserstrahlen? Murphy und seine Kollegen hatten einen Verdacht: Möglicherweise spielt die Sonnenhitze eine Rolle. Bei Vollmond strahlt das Licht voll auf die Reflektoren und den umgebenden dunklen Mondstaub. Dieser heizt sich auf und verursacht einen Wärmegradienten im Reflektorprisma. Die dadurch verursachte winzige Verzerrung des Reflektors könnte ausreichen, um das reflektierten Laserlicht leicht abzulenken – genügend, um das Signal an der Empfangsanlage auf der Erde vorbeistrahlen zu lassen.

Laser Messungen bei einer Mondfinsternis klärten den Grund der "verschluckten" Strahlen.

Laser Messungen bei einer Mondfinsternis klärten den Grund der "verschluckten" Strahlen.

Soweit die Theorie, aber wie sie testen? Eine optimale Gelegenheit ergab sich am 21. Dezember 2010: eine Mondfinsternis. Die uns zugewandte Mondoberfläche liegt dann im Erdschatten – eine Aufheizung durch das Sonnenlicht kann also nicht stattfinden. Stimmt Murphys Theorie, dann sollte das Lasersignal bei einer solchen Finsternis ungestört reflektiert werden. Die Forscher testeten dies, indem sie während der Eklipse gleich drei von Apollo-Missionen zurückgelassenen Reflektoren anvisierten und zusätzlich einen auf einem sowjetischen Mondfahrzeug montierten.

Und tatsächlich: In dem Moment, in dem der Erdschatten die Reflektoren in tiefe Dunkelheit tauchte, verstärkte sich das reflektierte Lasersignal um das Zehnfache. Jetzt ensprach es genau den Erwartungen. Für Murphy und seine Kollgen war dies der Beweis: Ihre Theorie stimmte: Es musste das Sonnenlicht sein, dass in Kombination mit den dunklen Mondstaub die Reflektorprismen verzog. Eine physikalische Erklärung für den "Vollmond-Fluch" war damit gefunden.
(University of Chicago, 12.02.2014 - NPO)
 
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