Astronauten haben etwas Seltsames bei Schatten auf dem Mond bemerkt.
Der Mond ist völlig bekannt. Wir sehen ihn ständig am blauen Himmel des Tages und in der Nacht zusammen mit den Sternen und Planeten. Jedes Kind kennt die Formen der Lavaseen auf dem Mond: sie zeichnen den Mann im Mond oder, manchmal, ein Kaninchen.
Diese Ähnlichkeit geht über die Erscheinung hinaus. Der Mond ist sogar ein Teil der Erde. Ausgehend von modernen Theorien wurde der Mond vor 4,5 Milliarden Jahren geboren, als ein riesiger Asteroid die Erde traf. Material der Erde wurde ins All geschleudert und vereinigte sich zu unserem gigantischen Satelliten.
Als die Apollo Astronauten jedoch hinaustraten auf dieses bekannte Stückchen Heimat, entdeckten sie, dass er nur ähnlich erscheint. Vom elektrostatisch geladenen Staub an ihren Füßen bis hin zum tief-schwarzen Himmel über ihnen war der Mond den sie erforschten absolut fremd.
Vor 30 Jahren waren ihre seltsamen Erlebnisse in der Öffentlichkeit als der Mann im Mond gut bekannt. Jetzt nicht mehr. Viele der besten Sagen über Apollo gerieten mit der Zeit in Vergessenheit. Selbst Angestellte der NASA haben einige von ihnen vergessen.
Jetzt, da die NASA zurückkehren wird zum Mond, auf der Suche nach neuen Märchen und Schätzen, besuchen wir einige der alten, mit einer Serie von Science@NASA Artikeln, genannt "Apollo Chroniken." Dieser erste Artikel erforscht den einfachen Umstand von Schatten.
Dunkle Schatten
Am nächsten sonnigen Tag, gehen Sie nach draußen und schauen in Ihren Schatten. Es ist nicht wirklich dunkel, oder? Rasen, Bürgersteig, Zehen -- was auch immer im Schatten liegt ist gut sichtbar.
Das Licht im Inneren Ihres Schattens kommt vom Himmel. Die Moleküle in der Erdatmosphäre streuen Sonnenlicht (blaues stärker als rotes) in allen Richtungen und etwas von diesem Licht landet in Ihrem Schatten. Schauen Sie sich einen abgeschatteten Fußabdruck auf frischem, sonnenbeleuchteten Schnee an: er ist blau!
Ohne den blauen Himmel wäre Ihr Schatten schaurig schwarz, wie ein Stückchen Nacht, das Ihnen überall hin folgt. Verrückt. Genauso ist es jedoch auf dem Mond.
Um sich das Experiment der Apollo Astronauten klar zu machen, stellen Sie sich vor, der Himmel wäre völlig schwarz, obwohl die Sonne weiterhin strahlt. Ihre Silhouette verdunkelt sich, gibt Ihnen zu verstehen, "Sie befinden sich nicht mehr auf der Erde."
Schatten waren eines der ersten Dinge, die Apollo 11 Astronaut Neil Armstrong erwähnte, als er auf die Oberfläche des Mondes trat. "Es ist recht dunkel hier im Schatten [des Mond-Moduls] und etwas schwierig für mich zu erkennen, ob ich einen guten Stand habe," sendete er zur Erde.
Der Adler setzte im Meer der Ruhe auf, zusammen mit seiner externen Box für Ausrüstung und einem Staufach, genannt "MESA", die sich im Schatten des Raumschiffs befanden. Obwohl die Sonne um sie herum funkelte mussten Armstrong und Buzz Aldrin im Dunklen arbeiten um die Fernsehkamera und verschiedene geologische Geräte aufzubauen.
"Es ist einfach im Schatten zu sehen, nachdem man sich eine Weile angepasst hat," bemerkte Armstrong. Aber, fügt Aldrin hinzu, "ständiges Wechseln zwischen Sonnenlicht und Schatten sollte vermieden werden, da es einige Zeit dauert bis sich die Wahrnehmungsfähigkeit wieder angepasst hat."
In Wirklichkeit sind Schatten auf dem Mond nicht vollständig schwarz. Sonnenlicht, das vom Mondboden reflektiert wird, liefert eine schwache Beleuchtung, so wie die Erde selber, die eine sekundäre Lichtquelle am Mondhimmel darstellt. Nach ausreichender Anpassungszeit könnte ein Astronaut fast überall etwas sehen.
Fast. Betrachten Sie das Experiment der Apollo 14 Astronauten Al Shepard und Ed Mitchell:
Sie waren gerade am Fra Mauro gelandet und entluden eifrig die Mondfähre. Mit dabei war ALSEP, eine Gruppe von Experimenten, die auf eine Palette geschraubt war. Die Elemente auf der Palette wurden durch Bolzen festgehalten und jeder Bolzen war in eine Schutzhülse eingelassen, als Führung für das Universal Handling Tool, einer Art Schraubenschlüssel für Astronauten. Shepard musste das Werkzeug entführen und drehen um den Bolzen zu lösen -- eine einfache Sache, außer, dass sich die Hülsen schnell mit Mondstaub füllten. Das Werkzeug passte nicht mehr vollständig hinein.
Die Hülsen warfen ihre eigenen kleinen Schatten, also "versuchte Al in das Innere zu schauen. Und er schaffte es nicht das Tool einzuführen oder wieder herauszuziehen -- und er konnte es nicht sehen," erinnert sich Mitchell.
"Erinnern Sie sich," fügt Mitchell hinzu, "auf der Mondoberfläche gibt es keine Luft, die Licht reflektiert -- also, wenn sie kein direktes Sonnenlicht haben, gibt es keine Möglichkeit etwas zu sehen. Es war einfach nur tief schwarz. Das ist ein verblüffendes Phänomen auf einem luftlosen Planeten."
(Letztendlich lösten sie das Problem, indem sie die gesamte Palette umdrehten und den Mondstaub heraus schüttelten. Einige der Bolzen lösten sich besser als erwartet und fielen ebenfalls hinaus.)
Winzig kleine Schatten an unerwarteten Stellen irritierten Astronauten während des gesamten Apollo Programms - ein Bolzen hier, ein Sauerstoffanzeigegerät dort. Dies waren kleinere Hindernisse während des Arbeitstages, zumeist, aber die Astronauten waren verärgert über die verlorenen Minuten für die Erforschung.
Schatten können auch nachteilig sein:
Die Apollo 12 Astronauten Pete Conrad und Al Bean landeten im Meer des Sturms, nur etwa 550 Meter entfernt von Surveyor 3, einem Roboter-Raumschiff, welches die NASA 3 Jahre vorher zum Mond geschickt hatte. Ein Hauptziel der Apollo 12 Mission war es Surveyor 3 zu besuchen, seine Fernsehkamera einzusammeln und zu sehen wie gut das Raumschiff die Raue Umgebung auf dem Mond überstanden hat. Surveyor 3 lag in einem flachen Krater, wo Conrad und Bean es einfach erreichen konnten -- so dachten jedenfalls die Missionsplaner.
Die Astronauten sahen Surveyor 3 von ihrer Mondfähre Intrepid aus. "Ich erinnere mich an das erste Mal als ich es sah," erinnert ich Bean. "Ich dachte es läge an einem Abhang mit 40 Grad Neigung. Wie sollten wir dorthin kommen? Ich erinnere mich daran, wie wir in der Kabine darüber redeten, darüber wie wir Seile benutzen würden."
Aber "es stellte sich heraus [der Boden] war flach," erzählt Conrad.
Was war passiert? Als Conrad und Bean landeten, stand die Sonne tief am Himmel. Die Oberseite von Surveyor 3 wurde durch die Sonne beleuchtet, während der Boden in tiefer Dunkelheit lag. "Ich wurde getäuscht," sagt Bean, "weil auf der Erde Dinge die auf einer Seite sonnig und sehr dunkel auf der anderen Seite sind, eine enorme Neigung haben müssen." Am Ende liefen sie ein sanftes 10 Grad Gefälle hinunter zu Surveyor 3 -- ohne Seile zu benötigen.
Eine letzte Wendung: Als Astronauten auf die Schatten ihrer eigenen Köpfe schauten, sahen sie ein seltsames Glühen. Buzz Aldrin war der erste der Berichtete "...[dort] ist ein Halo um den Schatten meines Helmes herum." Armstrong hatte ebenfalls einen.
Dies ist der "Oppositions-Effekt." Atmosphären-Optik Experte Les Cowley erklärt: "Körnchen Mondstaub kleben zusammen und bilden flockige, turmähnliche Strukturen, genannt 'Feen Burgen,' welche tiefe Schatten werfen." Einige Forscher glauben, dass die Mondoberfläche übersät ist von diesen mikroskopisch kleinen Türmen. "Direkt entgegengesetzt zur Sonne," fährt er fort, "wirft jeder Staub-Turm seinen eigenen Schatten und daher hat dieses Gebiet einen helleren Kontrast als die Umgebung."
Das hört sich einfach an? Ist es nicht. Weitere Faktoren beeinflussen den Schein. Die Mondoberfläche ist besprenkelt mit glasigen Kügelchen (stellen Sie sie sich als Tautropfen auf dem Mond vor) und kristallinen Mineralien, die Sonnenlicht zurückwerfen können. Und dann gibt es "kohärente Rückstreuung" -- Kügelchen aus Mondstaub, kleiner als die Wellenlänge des Lichts, beugen Sonnenlicht und streuen Strahlen zurück zur Sonne. "Niemand weiß welcher Faktor der entscheidende ist," sagt Cowley.
Wir können den Oppositions-Effekt auch auf der Erde erleben, zum Beispiel wenn man von der Sonne wegsieht in ein Feld mit hohem, tau-nassen Gras. Der Halo ist da, wobei aber unser heller, blauer Himmel meist den Kontrast verringert. Für den ganzen Effekt müssen Sie zum Mond fliegen.
Glänzende Halos; Gedanken-verbiegende Schatten; Feen-Burgen aus Mondstaub. Die Apollo Astronauten haben in der Tat eine seltsame Welt entdeckt.
Quelle: Science@NASA
Autor: Frank Erhardt