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<blockquote data-quote="H2SO4" data-source="post: 91639" data-attributes="member: 2506"><p>Selbst mit den tiefsten Bohrungen von vielleicht 13 [km] können wir nur leicht die Erdkruste "ankratzen" und nicht allzu viel über das Erdinnere erfahren. Etwas weiter bringen uns schon Vulkane, die Material aus mehreren 100 [Km] Tiefe an die Oberfläche befördern. Da wir auf diesem Weg nicht weiter kommen, helfen uns nur theoretische Überlegungen. Aus astronomischen Beobachtungen können wir die Masse eines Planeten bestimmen und auch sein Volumen und die Oberflächenzusammensetzung. Daraus lässt sich auf die mittlere Dichte schließen. Des Weiteren kann man ableiten, welcher Druck und welche Temperatur im Innern herrschen. Im Falle der Erde helfen uns letzthin seismische Untersuchungen, die wichtige Aufschlüsse über den Aufbau liefern, weil Erdbebenwellen in verschiedenen Tiefen ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit sprunghaft ändern.</p><p></p><p>Aus allen diesen Betrachtungen heraus wissen wir, dass die Erde einen schalenförmigen Aufbau besitzt.</p><p></p><p>Aufbau des ErdinnernDie Lithosphäre besteht aus der Kruste und dem oberen, noch festen Teil des Mantels. Sie ist zwischen 100 und 200 [Km] stark und keine durchgehende Kugelschale, sondern in viele Platten zerbrochen, die sich über die Asthenosphäre schieben. Das ist eine Schicht, die plastischer als die Lithosphäre ist. Aus ihr steigt basaltische Magma in den ozeanischen Vulkanen auf, welche die Platten auseinander schiebt. Unterstützt durch thermisch bedingte Strömungen in der Asthenosphäre ist das der Antriebsmotor der Plattentektonik.</p><p></p><p>An anderen Stellen schieben sich ozeanische Platten oder Ränder von Kontinenten untereinander und lösen sich im Erdmantel auf. Recht dicke und leichte Platten können nicht absinken, sondern falten sich beim Zusammentreffen zu Gebirgen auf. Die Plattenränder sind zugleich die vulkanisch aktivsten Regionen.</p><p></p><p>Die äußere Erdkruste kann bis zu 65 [km] dick sein, in den Tiefseegräben jedoch auch nur 8 [Km]. Abgesehen von den Sedimenten, die durch Verwitterung, Transport und Ablagerung sowie Reaktionen mit der Atmosphäre entstanden, besteht die Kruste aus kieselsäurereichen, magmatischen Gesteinen wie z.B. Granit. Hingegen besteht die untere Kruste überwiegend aus basischen und daher kieselsäurearmen Gesteinen wie dem Basalt. Wenn wir bis zum oberen Erdmantel vordringen, werden die Gesteine ultrabasisch, weil der Kieselsäureanteil noch weiter abgenommen hat. Der Erdmantel ist zwar fest, aber plastisch verformbar.</p><p></p><p>Das ErdinnereSeismische Untersuchungen ergaben einen schalenförmigen Aufbau unseres Planeten. Man kann eine Unterteilung in eine rund 30 [Km] dicke Kruste vornehmen, der ein 2840 [Km] starker Mantel folgt und der 3500 [Km] dicke Kern. Jede Region lässt sich feiner abstufen, so die Kruste in eine kontinentale und ozeanische. Der Mantel besteht aus oberer und unterer Sektion und der Kern aus äußerer flüssiger und innerer festen Zone.</p><p></p><p>An anderen Stellen schieben sich ozeanische Platten oder Ränder von Kontinenten untereinander und lösen sich im Erdmantel auf. Recht dicke und leichte Platten können nicht absinken, sondern falten sich beim Zusammentreffen zu Gebirgen auf. Die Plattenränder sind zugleich die vulkanisch aktivsten Regionen.</p><p></p><p>Die äußere Erdkruste kann bis zu 65 [km] dick sein, in den Tiefseegräben jedoch auch nur 8 [Km]. Abgesehen von den Sedimenten, die durch Verwitterung, Transport und Ablagerung sowie Reaktionen mit der Atmosphäre entstanden, besteht die Kruste aus kieselsäurereichen, magmatischen Gesteinen wie z.B. Granit. Hingegen besteht die untere Kruste überwiegend aus basischen und daher kieselsäurearmen Gesteinen wie dem Basalt. Wenn wir bis zum oberen Erdmantel vordringen, werden die Gesteine ultrabasisch, weil der Kieselsäureanteil noch weiter abgenommen hat. Der Erdmantel ist zwar fest, aber plastisch verformbar.</p><p></p><p>Das ErdinnereSeismische Untersuchungen ergaben einen schalenförmigen Aufbau unseres Planeten. Man kann eine Unterteilung in eine rund 30 [Km] dicke Kruste vornehmen, der ein 2840 [Km] starker Mantel folgt und der 3500 [Km] dicke Kern. Jede Region lässt sich feiner abstufen, so die Kruste in eine kontinentale und ozeanische. Der Mantel besteht aus oberer und unterer Sektion und der Kern aus äußerer flüssiger und innerer festen Zone.</p><p></p><p>Dem Hauptmagnetfeld der Erde, welches in ihrem Innern erzeugt wird, ist ein weiteres schwaches Feld überlagert. Dieses Feld wird durch die Ionosphäre hervorgerufen. Elektrisch geladene Teilchen des Sonnenwindes dringen in die Ionosphäre ein und wechselwirken mit den ionisierten Teilchen der Atmosphäre, wodurch elektrische Ströme fließen. Letztere wiederum erzeugen ein schwaches Magnetfeld.</p><p></p><p>Plasmasphäre der ErdeWie hier im Ultraviolettlicht in einer Aufnahme des IMAGE- Satelliten erstmals zu sehen, ist die Erde von einem heißen, dünnen Plasmafeld umgeben. Der rechte "Arm" weist zur Sonne. Die hellen Ringe in der Bildmitte sind Auroren über der nördlichen Hemisphäre, welche man vom Erdboden als Nordlichter sieht. Das Erdmagnetfeld steuert und bestimmt die Bewegungen der geladenen Teilchen des Plasmafelds. Das Plasma selbst wird durch die energiereiche UV- Strahlung der Sonne erzeugt.</p><p></p><p>Das Erdmagnetfeld wird durch Wechselwirkung mit den elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwindes verformt. Es wirkt als Hindernis für die mit Überschallgeschwindigkeit auftreffenden Teilchen, sie werden hier auf Unterschallgeschwindigkeit abgebremst und es bildet sich eine Stoßfront aus. Dabei erhitzen sie sich stark und das Magnetfeld wird soweit zusammengepresst, bis der innere Druck des Feldes gleich dem kinetischen Druck der Teilchen ist. </p><p></p><p>Diese Fläche gleichen Drucks bezeichnet man als die Magnetopause. Weil die Teilchen des Sonnenwindes in ihrer Anzahl und Geschwindigkeit variieren, ändert sich auch die Distanz der Magnetopause von der Erde. Sie liegt zwischen 10 und 12 Erdradien von der Erdoberfläche entfernt, während die Bugstoßfront (im Bild violett dargestellt) rund 14 bis 16 Erdradien weit entfernt ist. Zwischen der Bugstoßfront und der Magnetopause befindet sich ein turbulenter Bereich magnetischer Ladungen. Auf der sonnenabgewandten Seite wird das Magnetfeld zu einem Schweif von 1000 Erdradien Länge gedehnt. Hier können entgegen gerichtete Feldlinien parallel verlaufen, zwischen ihnen herrscht dann eine neutrale Zone in der hohe Ströme fließen. Die Feldlinien können sich hierbei auch neu orientieren, wodurch eine energetisch günstigere Situation für das gesamte Magnetfeld entsteht. Magnetische Energie wird dann in thermische umgewandelt und Teilchen werden beschleunigt. Dringen diese in die Ionosphäre ein, beobachten wir vermehrt Polarlichter.</p><p></p><p>Planetendaten</p><p></p><p>Abschließend die wichtigsten Planetendaten in tabellarischer Form:</p><p></p><p>Planetendaten Erde</p><p>Planetenmasse 5,974·1024 [Kg]</p><p>Mittl. Planetendurchmesser 12742 [Km]</p><p>Mittl. Dichte 5,515 [g cm-3 ]</p><p>Entweichgeschwindigkeit 11.2 [Km s-1]</p><p>Rotationsperiode 23 [h] 56 [min] 4 <s></s></p><p><s>Umlaufzeit 365,25 Tage</s></p><p><s>Bahngeschwindigkeit 29,8 [Km s-1]</s></p><p><s>Bahnumfang 940 Mill. [Km]</s></p><p><s>Neigung Erdachse zur Ekliptik 23°26'</s></p><p><s>Abstand zur Sonne Perihel: 147,1 Mio. [Km]</s></p><p><s>Aphel: 152,1 Mio. [Km]</s></p><p><s>Exzentrizität 0,0162</s></p><p><s>Oberflächentemperatur +40/-60 [°C]</s></p><p><s>Atmosphärendruck 105 [Pa]</s></p><p><s>Albedo 0,39</s></p><p><s>Magnetfeldstärke 3,05·10-4 [T]</s></p><p><s></s></p><p><s>Unser Nachbar</s></p><p><s></s></p><p><s>Der bekannte englische Astronom Sir Arthur Eddington hat einmal gesagt:</s></p><p><s></s></p><p><s>"Wenn ich jemals auf einem anderen Planeten zu Gast sein sollte, so könnte ich mit der Größe meines Heimatplaneten nicht allzu viel Staat machen. Mit unserem Mond allerdings würde ich vermutlich etwas prahlen".</s></p><p><s></s></p><p><s>Was wollte er damit ausdrücken? Nun, im Verhältnis zu ihrer eigenen Größe ist die Erde stolzer Besitzer des größten Trabanten im Sonnensystem (nur 3 Monde sind größer als unser). Daher kann man durchaus von einem Doppelplanetensystem sprechen, hat doch Merkur nur einen um 1000 [Km] größeren Durchmesser.</s></p><p><s></s></p><p><s>Der tief stehende MondDass der Mond seit jeher eine große Faszination auf die Menschen ausübte ist kein Wunder, neben seiner Größe ist er uns auch sehr nahe! Im Schnitt nur 384 400 [Km] entfernt, können wir schon mit bloßem Auge Details auf seiner Oberfläche erkennen. Die großen Jupiter- und Saturnmonde sind über eine Million [Km] von ihren Planeten entfernt und erscheinen lediglich als kleine Scheibchen. Eine weitere Besonderheit des Erde- Mondsystems bekommen viele von uns täglich fast "hautnah" mit, wenn sie im Bereich der Küsten wohnen: die Gezeiten.</s></p><p><s></s></p><p><s>Diese Aufnahme zeigt den Mond am 7. Februar 2001, als gerade das Space Shuttle Atlantis zur ISS startet. </s></p><p><s></s></p><p><s>Entstehung</s></p><p><s></s></p><p><s>Über die Entstehung unseres Begleiters gibt es sehr unterschiedliche Theorien. Wir wollen hier kurz untersuchen, welche davon mit größter Wahrscheinlichkeit zutreffen könnte.</s></p><p><s></s></p><p><s>1. Staubwolkentheorie</s></p><p><s></s></p><p><s> Nach dieser bereits etwas älteren Überlegung, die auf den Physiker Carl-Friedrich von Weizsäcker zurückgeht, könnten Erde und Mond sich gleichzeitig aus der Urwolke gebildet haben. Wenn sich in dieser Wolke ein größerer Brocken gebildet hat, so kann er leicht weiteres Material einfangen und dadurch stetig wachsen. Die Keimzelle der Erde braucht nur etwas größer als die des Mondes gewesen sein, um den Größenunterschied zu erklären. Für diese Theorie spricht, dass alle anderen Monde des Sonnensystems auf dieselbe Weise entstanden sein könnten. Und sie erklärt auch, warum Merkur und Venus keinen Mond haben: Das Schwerkraftfeld der Sonne war viel zu stark, sie hat die Bildung von Monden wohl vereitelt.</s></p><p><s></s></p><p><s> Aber: Wenn diese These zuträfe, müssten Erde und Mond die selbe Dichte aufweisen, da beide aus demselben Material entstanden sind. Die Erde hat aber eine mittlere Dichte von 5,515 [g·cm-3], der Mond dagegen aber nur eine solche von 3.340 [g·cm-3]. Es ist nun nicht einzusehen, dass am (astronomisch gesehen) gleichen Ort durch irgendeinen Prozess leichtes Material für den Mond ausgesiebt worden ist. Wir können dieses Modell also aufgrund des gewichtigen Arguments getrost beiseite legen.</s></p><p><s> 2. Ablösungstheorie</s></p><p><s></s></p><p><s> Ablösung des Mondes von der glutflüssigen ErdeNach einer Theorie von Darwin und Poincaré rotierte (richtigerweise) die noch glutflüssige Erde recht schnell. Die Dichte des Erdmantels war bereits etwas gesunken, weil schwere Bestandteile nach innen abgesunken waren. Durch die rasche Rotation könnte sich nun, wie im Bild dargestellt, ein Teil der Erde abgespalten haben. Vieles spricht für diese Hypothese:</s></p><p><s></s></p><p><s> Weil die Materie des Mondes aus den oberen Erdschichten abgeschieden wurde, entspricht die mittlere Monddichte auch der heute beobachteten Dichte der Erdkruste. Zudem weisen Verfechter dieser Theorie darauf hin, dass der Stille Ozean einen fast kreisrunden Umriss hat, hier würde der Mond leicht hineinpassen. Leider gibt es aber das überall gültige Gesetz von der Erhaltung des Drehimpulses! Damit sich der Mond von der Erde abspalten konnte, musste diese recht schnell rotieren. Aus dieser berechenbaren Rotation und dem heutigen Mondumlauf kann man auf den Gesamtdrehimpuls schließen, doch wir finden heute nur noch 25% des damaligen Drehimpulses. Wo aber sind die restlichen 75%? Durch die Gezeitenreibung ist dies nicht erklärbar, denn der Drehimpulsverlust durch sie beträgt nur einen kleinen Bruchteil dieses Betrages. Damit kommen die Vertreter der Ablösungstheorie in große Erklärungsnot!</s></p><p><s> 3. Einfangtheorie</s></p><p><s></s></p><p><s> Eine weitere Möglichkeit wäre, dass der Mond als eigenständiger Planet irgendwo im Sonnensystem gebildet wurde. Auf einer bestimmten Bahn umlaufend, müsste er dann der Erde immer näher gekommen sein, ein Vorgang, der vielleicht viele Jahrmillionen andauerte. Als die Distanz nur noch 60 000 [Km] betrug, wurde der Mond vom Schwerkraftfeld der Erde eingefangen, aus dem Planeten wurde ein Mond. Auch diese Theorie würde sehr elegant erklären, warum Erde und Mond eine verschiedene Dichte aufweisen.</s></p><p><s></s></p><p><s> Aber: Solch ein Einfang ist höchst unwahrscheinlich, denn hierzu hätte der Mond eine sehr diskrete Bahn innerhalb enger Toleranzen beschreiben müssen. Es wäre mehr oder weniger reiner Zufall gewesen, daher ist die Wahrscheinlichkeit für diese Variante auch nur sehr gering</s></p><p><s> 4. "Giant Impakt" (Große Kollision)</s></p><p><s></s></p><p><s> Aufgrund vieler neuer Erkenntnisse geht man heute davon aus, dass der Mond durch Verschmelzung einer die Erde umkreisenden Trümmerscheibe entstand. Sie entstand, als vielleicht 50 Millionen Jahre nach Geburt des Sonnensystems ein etwa marsgroßer (!) Körper auf der Erde einschlug. 1975 wurde diese Theorie von Dr. William K. Hartmann und Dr. Donald R. Davis vorgestellt.</s></p><p><s></s></p><p><s> Dieser Brocken wird heute "Theia" genannt, die Mutter der Mondgöttin "Selene" in der griechischen Mythologie. Er kollidierte mit der Protoerde, die bereits rund 90% ihrer heutigen Masse aufwies. Bei einem solchen Zusammenprall werden ungeheure Energiemengen frei, die sicherlich die Erde schmelzen und einen gehörigen Anteil ihrer Masse verdampfen ließ. Durch die Kollision wurden große Mengen an Trümmern in den Raum geschleudert, die sich in einer die Erde umkreisenden Scheibe ansammelten.</s></p><p><s></s></p><p><s> Bild: Copyright William K. Hartmann</s></p><p><s></s></p><p><s> Nach und nach lagerten sich nun die Trümmer zusammen und bildeten letztendlich den Mond. Durch die Gezeitenwirkung bremste der Mond nun die Erdrotation und entfernte sich immer weiter von unserem Planeten, was auch heute noch anhält. Durch die Apollo- Missionen bekamen wir die Möglichkeit, Mondgestein intensiv zu untersuchen (es ist fast besser erforscht als jedes irdische Gestein!). Daher wissen wir, dass z.B. die Zusammensetzung der Sauerstoff- Isotope von Erde und Mond praktisch identisch sind. Das Bild zeigt den Vorgang 1/2 Stunde nach der Kollision.</s></p><p><s></s></p><p><s> Bild: Copyright William K. Hartmann</s></p><p><s></s></p><p><s> 5 Stunden nach der Kollision.</s></p><p><s></s></p><p><s> Zum Zeitpunkt des Zusammenpralls war das schwere Material (Eisen, Nickel usw.) bereits größtenteils ins Erdinnere gesunken, so dass die Trümmerstücke aus der silikatreichen Erdkruste herausgeschlagen wurden. Sie bestanden ebenfalls aus Teilen des Theia- Silikatmantels. Nun könnte man sich noch fragen: Wenn Erde und Mond aus demselben Material bestehen, wieso ist dann die Erde größtenteils mit Wasser bedeckt, der Mond aber fast trocken (das gesamte Mondwasser schätzt man auf etwa 1/3 des Zürichseeinhalts)? Die Antwort ist einfach: Der Mond hat keine schützende Atmosphäre, die ein Entweichen des Wassers in den Weltraum verhindert, und seine geringe Gravitation hätte diese leichtflüchtige Verbindung nicht halten können.</s></p><p><s></s></p><p><s> Bild: Copyright William K. Hartmann</s></p><p><s></s></p><p><s>Es sprechen also sehr gewichtige Argumente für die Richtigkeit dieser wahrscheinlichsten aller Theorien. Bei seiner Bildung war auch der Mond geschmolzen, so dass ebenfalls wie bei der Erde eine Separation stattfand: Schweres Material sank zum Innern hinab. Die ältesten Gesteinsproben, die bisher vom Mond mitgebracht wurden, weisen ein Alter von 4,4 Milliarden Jahren auf, ein weiterer Hinweis auf das Zutreffen des Giant Impact.</s></p><p><s></s></p><p><s>Rotation und Bahn</s></p><p><s></s></p><p><s>Der Mond umkreist unseren Planeten mit einer mittleren Geschwindigkeit von 1,023 [Km/s] auf einer elliptischen Bahn, die eine Exzentrizität (= Abweichung von der Kreisbahn) zwischen 0,044 und 0,067 (variabel durch Störungen der Sonne) aufweist. Im Mittel ist er 384 400 [Km] von uns entfernt, die Distanz schwankt zwischen 356 410 [Km] (Perigäum) und 406 740 [Km] (Apogäum). Die Neigung der Mondbahn zur Ekliptik beträgt 5°9'. Die Zeit, die der Mond für einen Umlauf benötigt, nennen wir Monat. Das sind 27,32166 Tage zwischen zwei gleichen Positionen unseres Trabanten in Bezug auf einen Fixstern ("siderischer Monat", siehe hierzu auch Erde).</s></p><p><s></s></p><p><s>Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einem Raumschiff weit entfernt von der Erde und blicken auf Ihre Bahnebene. Wie würden Sie die Mondbahn sehen? Die folgende Skizze verdeutlicht (in überzogenem Maßstab), dass man eigentlich nur ein Hin- und Herpendeln beobachten würde, denn während der Mond die Erde umkreist, bewegt diese sich selbst auf ihrer Bahn weiter.</s></p></blockquote><p></p>
[QUOTE="H2SO4, post: 91639, member: 2506"] Selbst mit den tiefsten Bohrungen von vielleicht 13 [km] können wir nur leicht die Erdkruste "ankratzen" und nicht allzu viel über das Erdinnere erfahren. Etwas weiter bringen uns schon Vulkane, die Material aus mehreren 100 [Km] Tiefe an die Oberfläche befördern. Da wir auf diesem Weg nicht weiter kommen, helfen uns nur theoretische Überlegungen. Aus astronomischen Beobachtungen können wir die Masse eines Planeten bestimmen und auch sein Volumen und die Oberflächenzusammensetzung. Daraus lässt sich auf die mittlere Dichte schließen. Des Weiteren kann man ableiten, welcher Druck und welche Temperatur im Innern herrschen. Im Falle der Erde helfen uns letzthin seismische Untersuchungen, die wichtige Aufschlüsse über den Aufbau liefern, weil Erdbebenwellen in verschiedenen Tiefen ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit sprunghaft ändern. Aus allen diesen Betrachtungen heraus wissen wir, dass die Erde einen schalenförmigen Aufbau besitzt. Aufbau des ErdinnernDie Lithosphäre besteht aus der Kruste und dem oberen, noch festen Teil des Mantels. Sie ist zwischen 100 und 200 [Km] stark und keine durchgehende Kugelschale, sondern in viele Platten zerbrochen, die sich über die Asthenosphäre schieben. Das ist eine Schicht, die plastischer als die Lithosphäre ist. Aus ihr steigt basaltische Magma in den ozeanischen Vulkanen auf, welche die Platten auseinander schiebt. Unterstützt durch thermisch bedingte Strömungen in der Asthenosphäre ist das der Antriebsmotor der Plattentektonik. An anderen Stellen schieben sich ozeanische Platten oder Ränder von Kontinenten untereinander und lösen sich im Erdmantel auf. Recht dicke und leichte Platten können nicht absinken, sondern falten sich beim Zusammentreffen zu Gebirgen auf. Die Plattenränder sind zugleich die vulkanisch aktivsten Regionen. Die äußere Erdkruste kann bis zu 65 [km] dick sein, in den Tiefseegräben jedoch auch nur 8 [Km]. Abgesehen von den Sedimenten, die durch Verwitterung, Transport und Ablagerung sowie Reaktionen mit der Atmosphäre entstanden, besteht die Kruste aus kieselsäurereichen, magmatischen Gesteinen wie z.B. Granit. Hingegen besteht die untere Kruste überwiegend aus basischen und daher kieselsäurearmen Gesteinen wie dem Basalt. Wenn wir bis zum oberen Erdmantel vordringen, werden die Gesteine ultrabasisch, weil der Kieselsäureanteil noch weiter abgenommen hat. Der Erdmantel ist zwar fest, aber plastisch verformbar. Das ErdinnereSeismische Untersuchungen ergaben einen schalenförmigen Aufbau unseres Planeten. Man kann eine Unterteilung in eine rund 30 [Km] dicke Kruste vornehmen, der ein 2840 [Km] starker Mantel folgt und der 3500 [Km] dicke Kern. Jede Region lässt sich feiner abstufen, so die Kruste in eine kontinentale und ozeanische. Der Mantel besteht aus oberer und unterer Sektion und der Kern aus äußerer flüssiger und innerer festen Zone. An anderen Stellen schieben sich ozeanische Platten oder Ränder von Kontinenten untereinander und lösen sich im Erdmantel auf. Recht dicke und leichte Platten können nicht absinken, sondern falten sich beim Zusammentreffen zu Gebirgen auf. Die Plattenränder sind zugleich die vulkanisch aktivsten Regionen. Die äußere Erdkruste kann bis zu 65 [km] dick sein, in den Tiefseegräben jedoch auch nur 8 [Km]. Abgesehen von den Sedimenten, die durch Verwitterung, Transport und Ablagerung sowie Reaktionen mit der Atmosphäre entstanden, besteht die Kruste aus kieselsäurereichen, magmatischen Gesteinen wie z.B. Granit. Hingegen besteht die untere Kruste überwiegend aus basischen und daher kieselsäurearmen Gesteinen wie dem Basalt. Wenn wir bis zum oberen Erdmantel vordringen, werden die Gesteine ultrabasisch, weil der Kieselsäureanteil noch weiter abgenommen hat. Der Erdmantel ist zwar fest, aber plastisch verformbar. Das ErdinnereSeismische Untersuchungen ergaben einen schalenförmigen Aufbau unseres Planeten. Man kann eine Unterteilung in eine rund 30 [Km] dicke Kruste vornehmen, der ein 2840 [Km] starker Mantel folgt und der 3500 [Km] dicke Kern. Jede Region lässt sich feiner abstufen, so die Kruste in eine kontinentale und ozeanische. Der Mantel besteht aus oberer und unterer Sektion und der Kern aus äußerer flüssiger und innerer festen Zone. Dem Hauptmagnetfeld der Erde, welches in ihrem Innern erzeugt wird, ist ein weiteres schwaches Feld überlagert. Dieses Feld wird durch die Ionosphäre hervorgerufen. Elektrisch geladene Teilchen des Sonnenwindes dringen in die Ionosphäre ein und wechselwirken mit den ionisierten Teilchen der Atmosphäre, wodurch elektrische Ströme fließen. Letztere wiederum erzeugen ein schwaches Magnetfeld. Plasmasphäre der ErdeWie hier im Ultraviolettlicht in einer Aufnahme des IMAGE- Satelliten erstmals zu sehen, ist die Erde von einem heißen, dünnen Plasmafeld umgeben. Der rechte "Arm" weist zur Sonne. Die hellen Ringe in der Bildmitte sind Auroren über der nördlichen Hemisphäre, welche man vom Erdboden als Nordlichter sieht. Das Erdmagnetfeld steuert und bestimmt die Bewegungen der geladenen Teilchen des Plasmafelds. Das Plasma selbst wird durch die energiereiche UV- Strahlung der Sonne erzeugt. Das Erdmagnetfeld wird durch Wechselwirkung mit den elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwindes verformt. Es wirkt als Hindernis für die mit Überschallgeschwindigkeit auftreffenden Teilchen, sie werden hier auf Unterschallgeschwindigkeit abgebremst und es bildet sich eine Stoßfront aus. Dabei erhitzen sie sich stark und das Magnetfeld wird soweit zusammengepresst, bis der innere Druck des Feldes gleich dem kinetischen Druck der Teilchen ist. Diese Fläche gleichen Drucks bezeichnet man als die Magnetopause. Weil die Teilchen des Sonnenwindes in ihrer Anzahl und Geschwindigkeit variieren, ändert sich auch die Distanz der Magnetopause von der Erde. Sie liegt zwischen 10 und 12 Erdradien von der Erdoberfläche entfernt, während die Bugstoßfront (im Bild violett dargestellt) rund 14 bis 16 Erdradien weit entfernt ist. Zwischen der Bugstoßfront und der Magnetopause befindet sich ein turbulenter Bereich magnetischer Ladungen. Auf der sonnenabgewandten Seite wird das Magnetfeld zu einem Schweif von 1000 Erdradien Länge gedehnt. Hier können entgegen gerichtete Feldlinien parallel verlaufen, zwischen ihnen herrscht dann eine neutrale Zone in der hohe Ströme fließen. Die Feldlinien können sich hierbei auch neu orientieren, wodurch eine energetisch günstigere Situation für das gesamte Magnetfeld entsteht. Magnetische Energie wird dann in thermische umgewandelt und Teilchen werden beschleunigt. Dringen diese in die Ionosphäre ein, beobachten wir vermehrt Polarlichter. Planetendaten Abschließend die wichtigsten Planetendaten in tabellarischer Form: Planetendaten Erde Planetenmasse 5,974·1024 [Kg] Mittl. Planetendurchmesser 12742 [Km] Mittl. Dichte 5,515 [g cm-3 ] Entweichgeschwindigkeit 11.2 [Km s-1] Rotationsperiode 23 [h] 56 [min] 4 [s] Umlaufzeit 365,25 Tage Bahngeschwindigkeit 29,8 [Km s-1] Bahnumfang 940 Mill. [Km] Neigung Erdachse zur Ekliptik 23°26' Abstand zur Sonne Perihel: 147,1 Mio. [Km] Aphel: 152,1 Mio. [Km] Exzentrizität 0,0162 Oberflächentemperatur +40/-60 [°C] Atmosphärendruck 105 [Pa] Albedo 0,39 Magnetfeldstärke 3,05·10-4 [T] Unser Nachbar Der bekannte englische Astronom Sir Arthur Eddington hat einmal gesagt: "Wenn ich jemals auf einem anderen Planeten zu Gast sein sollte, so könnte ich mit der Größe meines Heimatplaneten nicht allzu viel Staat machen. Mit unserem Mond allerdings würde ich vermutlich etwas prahlen". Was wollte er damit ausdrücken? Nun, im Verhältnis zu ihrer eigenen Größe ist die Erde stolzer Besitzer des größten Trabanten im Sonnensystem (nur 3 Monde sind größer als unser). Daher kann man durchaus von einem Doppelplanetensystem sprechen, hat doch Merkur nur einen um 1000 [Km] größeren Durchmesser. Der tief stehende MondDass der Mond seit jeher eine große Faszination auf die Menschen ausübte ist kein Wunder, neben seiner Größe ist er uns auch sehr nahe! Im Schnitt nur 384 400 [Km] entfernt, können wir schon mit bloßem Auge Details auf seiner Oberfläche erkennen. Die großen Jupiter- und Saturnmonde sind über eine Million [Km] von ihren Planeten entfernt und erscheinen lediglich als kleine Scheibchen. Eine weitere Besonderheit des Erde- Mondsystems bekommen viele von uns täglich fast "hautnah" mit, wenn sie im Bereich der Küsten wohnen: die Gezeiten. Diese Aufnahme zeigt den Mond am 7. Februar 2001, als gerade das Space Shuttle Atlantis zur ISS startet. Entstehung Über die Entstehung unseres Begleiters gibt es sehr unterschiedliche Theorien. Wir wollen hier kurz untersuchen, welche davon mit größter Wahrscheinlichkeit zutreffen könnte. 1. Staubwolkentheorie Nach dieser bereits etwas älteren Überlegung, die auf den Physiker Carl-Friedrich von Weizsäcker zurückgeht, könnten Erde und Mond sich gleichzeitig aus der Urwolke gebildet haben. Wenn sich in dieser Wolke ein größerer Brocken gebildet hat, so kann er leicht weiteres Material einfangen und dadurch stetig wachsen. Die Keimzelle der Erde braucht nur etwas größer als die des Mondes gewesen sein, um den Größenunterschied zu erklären. Für diese Theorie spricht, dass alle anderen Monde des Sonnensystems auf dieselbe Weise entstanden sein könnten. Und sie erklärt auch, warum Merkur und Venus keinen Mond haben: Das Schwerkraftfeld der Sonne war viel zu stark, sie hat die Bildung von Monden wohl vereitelt. Aber: Wenn diese These zuträfe, müssten Erde und Mond die selbe Dichte aufweisen, da beide aus demselben Material entstanden sind. Die Erde hat aber eine mittlere Dichte von 5,515 [g·cm-3], der Mond dagegen aber nur eine solche von 3.340 [g·cm-3]. Es ist nun nicht einzusehen, dass am (astronomisch gesehen) gleichen Ort durch irgendeinen Prozess leichtes Material für den Mond ausgesiebt worden ist. Wir können dieses Modell also aufgrund des gewichtigen Arguments getrost beiseite legen. 2. Ablösungstheorie Ablösung des Mondes von der glutflüssigen ErdeNach einer Theorie von Darwin und Poincaré rotierte (richtigerweise) die noch glutflüssige Erde recht schnell. Die Dichte des Erdmantels war bereits etwas gesunken, weil schwere Bestandteile nach innen abgesunken waren. Durch die rasche Rotation könnte sich nun, wie im Bild dargestellt, ein Teil der Erde abgespalten haben. Vieles spricht für diese Hypothese: Weil die Materie des Mondes aus den oberen Erdschichten abgeschieden wurde, entspricht die mittlere Monddichte auch der heute beobachteten Dichte der Erdkruste. Zudem weisen Verfechter dieser Theorie darauf hin, dass der Stille Ozean einen fast kreisrunden Umriss hat, hier würde der Mond leicht hineinpassen. Leider gibt es aber das überall gültige Gesetz von der Erhaltung des Drehimpulses! Damit sich der Mond von der Erde abspalten konnte, musste diese recht schnell rotieren. Aus dieser berechenbaren Rotation und dem heutigen Mondumlauf kann man auf den Gesamtdrehimpuls schließen, doch wir finden heute nur noch 25% des damaligen Drehimpulses. Wo aber sind die restlichen 75%? Durch die Gezeitenreibung ist dies nicht erklärbar, denn der Drehimpulsverlust durch sie beträgt nur einen kleinen Bruchteil dieses Betrages. Damit kommen die Vertreter der Ablösungstheorie in große Erklärungsnot! 3. Einfangtheorie Eine weitere Möglichkeit wäre, dass der Mond als eigenständiger Planet irgendwo im Sonnensystem gebildet wurde. Auf einer bestimmten Bahn umlaufend, müsste er dann der Erde immer näher gekommen sein, ein Vorgang, der vielleicht viele Jahrmillionen andauerte. Als die Distanz nur noch 60 000 [Km] betrug, wurde der Mond vom Schwerkraftfeld der Erde eingefangen, aus dem Planeten wurde ein Mond. Auch diese Theorie würde sehr elegant erklären, warum Erde und Mond eine verschiedene Dichte aufweisen. Aber: Solch ein Einfang ist höchst unwahrscheinlich, denn hierzu hätte der Mond eine sehr diskrete Bahn innerhalb enger Toleranzen beschreiben müssen. Es wäre mehr oder weniger reiner Zufall gewesen, daher ist die Wahrscheinlichkeit für diese Variante auch nur sehr gering 4. "Giant Impakt" (Große Kollision) Aufgrund vieler neuer Erkenntnisse geht man heute davon aus, dass der Mond durch Verschmelzung einer die Erde umkreisenden Trümmerscheibe entstand. Sie entstand, als vielleicht 50 Millionen Jahre nach Geburt des Sonnensystems ein etwa marsgroßer (!) Körper auf der Erde einschlug. 1975 wurde diese Theorie von Dr. William K. Hartmann und Dr. Donald R. Davis vorgestellt. Dieser Brocken wird heute "Theia" genannt, die Mutter der Mondgöttin "Selene" in der griechischen Mythologie. Er kollidierte mit der Protoerde, die bereits rund 90% ihrer heutigen Masse aufwies. Bei einem solchen Zusammenprall werden ungeheure Energiemengen frei, die sicherlich die Erde schmelzen und einen gehörigen Anteil ihrer Masse verdampfen ließ. Durch die Kollision wurden große Mengen an Trümmern in den Raum geschleudert, die sich in einer die Erde umkreisenden Scheibe ansammelten. Bild: Copyright William K. Hartmann Nach und nach lagerten sich nun die Trümmer zusammen und bildeten letztendlich den Mond. Durch die Gezeitenwirkung bremste der Mond nun die Erdrotation und entfernte sich immer weiter von unserem Planeten, was auch heute noch anhält. Durch die Apollo- Missionen bekamen wir die Möglichkeit, Mondgestein intensiv zu untersuchen (es ist fast besser erforscht als jedes irdische Gestein!). Daher wissen wir, dass z.B. die Zusammensetzung der Sauerstoff- Isotope von Erde und Mond praktisch identisch sind. Das Bild zeigt den Vorgang 1/2 Stunde nach der Kollision. Bild: Copyright William K. Hartmann 5 Stunden nach der Kollision. Zum Zeitpunkt des Zusammenpralls war das schwere Material (Eisen, Nickel usw.) bereits größtenteils ins Erdinnere gesunken, so dass die Trümmerstücke aus der silikatreichen Erdkruste herausgeschlagen wurden. Sie bestanden ebenfalls aus Teilen des Theia- Silikatmantels. Nun könnte man sich noch fragen: Wenn Erde und Mond aus demselben Material bestehen, wieso ist dann die Erde größtenteils mit Wasser bedeckt, der Mond aber fast trocken (das gesamte Mondwasser schätzt man auf etwa 1/3 des Zürichseeinhalts)? Die Antwort ist einfach: Der Mond hat keine schützende Atmosphäre, die ein Entweichen des Wassers in den Weltraum verhindert, und seine geringe Gravitation hätte diese leichtflüchtige Verbindung nicht halten können. Bild: Copyright William K. Hartmann Es sprechen also sehr gewichtige Argumente für die Richtigkeit dieser wahrscheinlichsten aller Theorien. Bei seiner Bildung war auch der Mond geschmolzen, so dass ebenfalls wie bei der Erde eine Separation stattfand: Schweres Material sank zum Innern hinab. Die ältesten Gesteinsproben, die bisher vom Mond mitgebracht wurden, weisen ein Alter von 4,4 Milliarden Jahren auf, ein weiterer Hinweis auf das Zutreffen des Giant Impact. Rotation und Bahn Der Mond umkreist unseren Planeten mit einer mittleren Geschwindigkeit von 1,023 [Km/s] auf einer elliptischen Bahn, die eine Exzentrizität (= Abweichung von der Kreisbahn) zwischen 0,044 und 0,067 (variabel durch Störungen der Sonne) aufweist. Im Mittel ist er 384 400 [Km] von uns entfernt, die Distanz schwankt zwischen 356 410 [Km] (Perigäum) und 406 740 [Km] (Apogäum). Die Neigung der Mondbahn zur Ekliptik beträgt 5°9'. Die Zeit, die der Mond für einen Umlauf benötigt, nennen wir Monat. Das sind 27,32166 Tage zwischen zwei gleichen Positionen unseres Trabanten in Bezug auf einen Fixstern ("siderischer Monat", siehe hierzu auch Erde). Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einem Raumschiff weit entfernt von der Erde und blicken auf Ihre Bahnebene. Wie würden Sie die Mondbahn sehen? Die folgende Skizze verdeutlicht (in überzogenem Maßstab), dass man eigentlich nur ein Hin- und Herpendeln beobachten würde, denn während der Mond die Erde umkreist, bewegt diese sich selbst auf ihrer Bahn weiter.[/s] [/QUOTE]
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