Oberfläche des Mondes

Motivation

Untersuchungen der chemischen Zusammensetzung von planetaren Körpern im inneren und im äußeren Sonnensystem sind sehr wichtig für ein besseres Verständnis der Bedingungen, die kurz nach der Entstehung dieser Körper über einen großen Entfernungsbereich im Sonnensystem geherrscht haben. 

Methoden und Aufgaben

Reflexionsspektroskopie ist eine wichtige Methode, um Informationen über die Oberflächenzusammensetzungen der untersuchten Himmelskörper zu gewinnen. Das von den Oberflächen reflektierte Sonnenlicht liefert Informationen über die Mineralogie des Bodens und der Felsen dieser Himmelskörper. Reflexionsspektroskopie im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 3000 nm erlaubt die Untersuchung der wichtigsten Minerale auf diesen Himmelskörpern (siehe Abbildung unten). 

Prinzip der Reflexionsspektroskopie planetarer Körper: Sonnenlicht wird von der äußersten Oberflächenschicht des Himmelskörpers reflektiert und wird von einem Instrument gemessen, das sich in einer Umlaufbahn um diesen Himmelskörper befindet. Die Lichtintensität wird als Funktion der Wellenlänge gemessen und zeigt charakteristische Absorptionsmerkmale, die es erlauben, die Zusammensetzung des beobachteten Oberflächengebiets dieses Himmelskörpers zu bestimmen.

Die Analysemethoden, die man auf das Reflexionsspektrum anwenden muss, um die modale mineralogische Zusammensetzung zu bestimmen, sind jedoch extrem aufwändig. Die beobachteten Spektren sind das Resultat komplexer Prozesse, die gewöhnlich durch nicht-lineare (teilweise physikalische und teilweise empirische) Modelle beschrieben werden, die eine Reihe von nur ungenau bekannten Parametern enthalten.  

In der nahen Zukunft wird es unmöglich bleiben, die durch den komplexen Prozess der Analyse von Reflexionsspektren von Himmelskörpern des äußeren Sonnensystems gewonnenen Ergebnisse mit Labormessungen von Bodenproben dieser Körper zu vergleichen. Diese Situation für den Mond jedoch anders. Durch die Verfügbarkeit einer großen Zahl von Bodenproben von der Mondoberfläche haben wir die einzigartige Möglichkeit, Methoden zu entwickeln und zu testen, die mittels Fernerkundung eine Bestimmung der Zusammensetzung planetarer Oberflächen erlauben. Die Mondoberfläche hat hierdurch eine große Bedeutung für die Erforschung von planetaren Oberflächen im gesamten Sonnensystem.  

Obwohl es eine Vielzahl an Spekten im sichtbaren und im nah-infraroten Spektralbereich von Gebieten der Mondoberfläche gibt, die vor Ort von Raumsonden gewonnen wurden, erreichen nur die Daten von Mondmissionen der letzten Jahre die Qualität, die man mit Laborspektroskopie erreichen kann. Zwar ist die spektrale Auflösung, die man Teleskopen von der Erde aus erreichen kann, wesentlich größer als diejenige, die man Spektrometern auf Sonden in der Mondumlaufbahn erreichen kann. Die von der Erde aus erreichbare räumliche Auflösung ist jedoch in der Regel nicht besser als etwa 5 km, während man aus der Umlaufbahn eine Auflösung bis zu 1,3 km erreichen kann. Auf den Missionen Selene und Chandrayaan-1 flogen Spektrometer, mit denen man begann, diese bestehende Lücke zu schließen. 

Die Abbildung unten verdeutlicht, dass mit unserem Spektrometer SIR-2 im nahen Infrarot gewonnene Spektren (mittleres Bild) die Genauigkeit von Spektren aus irdischen Labors (linkes Bild) erreichen. Das rechte Bild zeigt das Gebiet, in dem die gezeigten Spektren auf der Mondoberfläche gewonnen wurden. 

Qualität der Daten von SIR-2. Linkes Bild: RELAB-Daten; mittleres Bild: Ausgewählte Spektren von SIR-2; rechtes Bild: Gebiet auf der Mondoberfläche, in dem die im mittleren Bild gezeigten Spektren gewonnen wurden. Die linke Spalte mit Zahlen am rechten Rand des mittleren Bildes zeigt die Fußpunkte der einzelnen Spektren auf der Mondoberfläche, die auf der Mondkarte im rechten Bild dargestellt sind. Die rechte Spalte im mittleren Bild gibt einzelne Klassen an, in die die Spektren eingeteilt wurden.


Forschungsziele

Unser Ziel ist die Bestimmung der modalen Mineralogie des Mondes mittels Fernerkundungsmethoden mit der größtmöglichen Genauigkeit, um so die Grundlagen zu legen, damit diese Methoden auf die Oberflächen anderer Himmelskörper angewendet werden können, zu denen wir keinen direkten Zugang haben.  

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