i-ee149884fcde999e4bd898948177205c-llr_dome-thumb-150x112.jpg

Die erste bemannte Landung auf dem Mond war natürlich erstmal eine herausragende technische Leistung. Aber Neil Armstrong und Buzz Aldrin sind nicht nur zum Mond geflogen, um dort die amerikanische Flagge zu hissen und ein bisschen spazierenzuhüpfen.

Die Menschen fliegen ins Weltall um zu entdecken und zu lernen! Und darum wurde selbstverständlich auch die erste Landung am Mond für wissenschaftliche Zwecke genutzt (siehe z.B. hier und hier). Und von dieser Forschung profitieren wir heute noch! Nicht nur von den geologischen Proben – auch von den Laserreflektoren, die die Apolloastronauten auf dem Mond platziert haben.


Eines der wissenschaftliche Geräte, die Buzz Aldrin und Neil Armstrong am Mond platziert hatten, war ein sogenannter “Laserretroreflektor”:

i-e25febf78a040d64eaaee464c45ba016-Apollo_AS11-40-5952HR-thumb-500x505.jpg
Laserretroreflektor von Apollo 11, Bild: NASA

Hier ist der Reflektor nochmal in Großaufnahme (dieses Bild stammt von der Apollo 15 Mission):

i-5ae4d0a46cba8c55736345a1ce7d36bd-LLRAP15-thumb-500x502.jpg
Laserretroreflektor von Apollo 15, Bild: NASA

So ein Reflektor besteht aus einer Menge Tripelprismen aus Quarzglas. Dieses Material (Suprasil®1) ist wegen seiner Langzeitstabilität gegen ionisierende Strahlung besonders für einen Einsatz im Weltall geeignet. Hergestellt wurde dieses Material übrigens von der hessischen Firma Heraeus Quarzglas aus Hanau (hier gibt es einen ausführlichen Bericht über die Herstellung des Retroreflektors).

Auch die Sowjetunion hat mit dem Mondmobilen Lunokhod 1 und 2 (1970 und 1973) kleine Laserreflektoren auf den Mond gebracht (der Reflektor ist das kleine Ding links vorne):

i-ed270aa9cf38e4c08a6e5189b198d278-Lunokhod_1.jpg
Lunokhod 1, Bild: NASA

Was macht man aber nun mit diesen ganzen Reflektoren auf dem Mond? Ganz einfach: man schießt mit Laserstrahlen auf so!

Etwas weniger martialisch ausgedrückt dienen sie dem “Laser Ranging”. Bei diesem Verfahren werden energiereiche Laserstrahlen zum Mond geschickt, dort an den Spiegeln reflektiert und auf die Erde zurückgeworfen. So einem Retroreflektor liegt das gleiche Prinzip zu Grunde wie den Reflektoren, die z.B. an Fahrradreifen zu finden sind. Sie dienen dazu, Licht- bzw. elektromagnetische Wellen möglichst verlustfrei zu reflektieren. Sind die Strahle wieder auf der Erde gelandet registriert man sie und kann aus der Laufzeit der Laserstrahlen den Abstand zwischen Erde und Mond berechnen.

i-c98ad3f87791737d293920807fcae821-laserzeitung.jpg

Das klingt leichter als es ist. Tatsächlich ist die Sache ziemlich knifflig und gleich der erste Versuch, den Reflektor am Mond anzupeilen, ist fehlgeschlagen (siehe den Zeitungsausschnitt vom 21. Juli 1969 rechts – Quelle).

Auch wenn der Laserstrahl anfänglich sehr stark fokusiert ist, verbreitert er sich im Laufe der Zeit natürlich doch. Und der Mond ist ja knapp 400.000 km entfernt!

Wenn der Laserstrahl dort ankommt, hat er sich stark aufgefächert und trifft auf einen 2 Kilometer durchmessenden Bereich. In diesem Bereich befindet sich hoffentlich – vorausgesetzt man hat die richtige Stelle am Mond angepeilt – der Retroreflektor.

Nur ein winziger Bruchteil der ausgesandten Photonen wird also tatsächlich reflektiert (nur eines von einigen Millionen). Und auch die reflektierten Photonen bleiben nicht eng fokussiert sondern fächern auf. Wieder beim Teleskop bedecken die reflektierten Photonen eine Fläche von knapp 15 Kilometern!

Das Teleskop kann also wieder nur einen winzigen Bruchteil der reflektierten Photonen registrieren. Und dann muss man natürlich noch berücksichtigen, dass sich Mond und Erde bewegen und das der Laserstrahl ein bisschen mehr als eine Sekunde braucht, um beim Mond anzukommen. Man muss also quasi nicht direkt auf den Reflektor zielen, sondern dorthin, wo sich der Reflektor befindet, wenn der Strahl von der Erde eintrifft.

Es ist also kein Wunder, dass der erste Versuch im Juli 1969 fehlgeschlagen ist. Mittlerweile weiß man allerdings recht gut, wie es geht und Laser Ranging wird seit Jahrzehnten standardmäßig betrieben.

Zum Beispiel am McDonald-Observatorium in Texas

i-09bf7db97dcadb0d0aaf34eb9b8868fd-Lunar_Laser_McDonald_Observatory.jpg

Oder, seit 2006, beim APOLLO-Projekt (Apache Point Observatory Lunar Laser-ranging
Operation
) am Apache Point Observatory in New Mexico:

i-8e19ff64fca173e32cd2669f0b2eb285-llr_dome-thumb-500x375.jpg

APOLLO kann die Entfernung zum Mond bis auf ein paar Millimeter genau messen! Aber was nützt uns das überhaupt?

1 / 2 / Auf einer Seite lesen

Kommentare (21)

  1. #1 Karl Mistelberger
    22. Juli 2009

    Laserentfernungsmessungen werden heute auf etwa 43 Stationen, die global verteilt sind, durchgeführt. International hat sich im September 1998 der Internationale Laser Ranging Service (ILRS) etabliert, der die Messprogramme, den Datenfluss und die Auswertung koordiniert sowie die Ergebnisse als ILRS-Produkte veröffentlicht.

    Wer sich genauer informieren will, muss nicht unbedingt nach New Mexico fahren. Der Bayerische Wald tut es auch: http://www.wettzell.ifag.de/

  2. #2 Ronny
    22. Juli 2009

    Haben sich diese 43 untereinander abgesprochen ? Verwendet man ähnliche Frequenzen müssten da ja nette Schwebungseffekte passieren :)

  3. #3 isnochys
    22. Juli 2009

    So, jetzt bin ich gespannt, wann hier der erste Verrückte eintrifft
    :))

  4. #4 Jörg
    22. Juli 2009

    Dieses Mondmobil der Russen ist echt unglaublich, das sieht direkt aus wie eine Kreuzung aus Dalek und K9 von Doctor Who

    http://www.mistershape.com/blog/uploaded_images/doctor_who_k9-787480.jpg

  5. #5 Meroe
    28. Januar 2010

    Unglaublich, da frage ich mich immer (wenn ich mal wieder über die Verschwöhrungstheorie der Mondlandung stolpere) warum anscheinend niemand die Überbleibsel und Hinterlassenschaften der Mondlandungen mit einem Teleskop sehen kann und dass das doch die einfachste Möglichkeit wäre, den ganzen Verschwörungstheoretikern den Wind aus den Segeln zu nehmen – und google mich blöde bei dem Versuch irgendwas darüber rauszukriegen und dann lese ich hier über Laserstrahlen, die seit Jahren auf Reflektoren auf dem Mond geschossen werden?!! – Puh, was soll ich sagen? … Danke! Ich bin über deine Seite gestolpert, als ich Fakten über die “Planetenkonstellation 2012” gesucht habe und habe mich auf dem Blog festgelesen:) … ich habe selten so viele Informationen so unterhaltsam verpackt gelesen. Und die Kommentare sind auch höchst amüsant (gerade zum Thema 2012) …
    zu dem Thema muss ich gestehen… ich war auch leicht beunruhigt, weil viele der “Fakten” in Dokumentation so glaubwürdig klingen und ich sie mit meinem “fundierten Halbwissen” nicht sofort widerlegen kann. Ich habe mich eigentlich auch nur ernsthaft auf die Suche begeben, weil ich in zwei Dokumentationen unterschiedliche Zeitangaben über diese “Konjunktion” gehört habe … jetzt weiß ich, dass beide Angaben völliger Quatsch waren. Auch dafür nochmal ein Dankeschön.
    Ich glaube zwar auch daran, dass es “Dinge zwischen Himmel und Erde gibt, die nicht (oder noch nicht) wissenschaftlich erklärbar sind “, aber ich finde es interessant zu lesen, wie es sich mit einigen der vermeintlich “wissenschaftlichen Fakten” wirklich verhält… so, dass war jetzt – glaub ich – kein wirklich spezieller Kommentar zu diesem Artikel aber das wollte ich einfach mal loswerden!:)
    (Außerdem habe ich gelernt was ein Poe ist)
    in diesem Sinne … Aloha:)
    Meroe

  6. #6 Bullet
    28. Januar 2010

    @Meroe:

    warum anscheinend niemand die Überbleibsel und Hinterlassenschaften der Mondlandungen mit einem Teleskop sehen kann und dass das doch die einfachste Möglichkeit wäre, den ganzen Verschwörungstheoretikern den Wind aus den Segeln zu nehmen

    Ja wenns denn dann so einfach wär. Genau dieses Argument wird ja oft angeführt, um zu “beweisen”, daß eben KEINE Mondlandung stattgefunden hat – nach dem Motto: “Wenn es dort was gäbe, dann hätte doch schon längst ein Foto aus einem Teleskop geschossen seinen Weg ins Netz gefunden und die Reste gezeigt. Gibs aber nich, also is da nix, also: keine Mondlandung.”
    Leider sind unsere Teleskope nicht so gut, um aus 400 000 km Entfernung Gegenstände mit einer Ausdehnung von 5 m sichtbar zu machen. Geschweige denn erkennbar, was eine mindestens zehnfache Auflösungsfähigkeit erfordert. Scheinbar hat von diesen Deppen keiner eine Ahnung, was Teleskope können – und was nicht. Wie immer.
    Nur mal nebenbei: wenn ein Teleskop gebaut wird, das aus 5000 km Entfernung einen Strohhalm sichtbar machen kann – DANN kann man den Mondstunt nochmal fordern. Aber nicht vorher. Weiß jemand hier ausm Kopp oder aus Wikiwiki, wo so die aktuellen auflösungsgrenzen der Großteleskope sind? Ich hab grad keinen Bock zu suchen. (Fauli.)

  7. #7 Ronny
    28. Januar 2010

    @Bullet
    Glaubst du wirklich, dass man einen Mondlandeverweigerer mit irgendwelchen BIldern überzeugen könnte ?
    Außerdem gabs die doch schon (wurde auch in diesem Blog erwähnt).

  8. #8 Aragorn
    28. Januar 2010

    @Bullet
    Das Auflösungsvermögen optischer irdischer Teleskope wird durch das Seeing der Atmosphäre meist auf ca. 1 Bogensekunde begrenzt (1 Bogensekunde = 1/3600 Grad). Der tan(1 Bogensekunde) = 4,85*10^-6. Multipliziert mit der Endfernung des Mondes ergibt das Auflösungsvermögen von etwa 1860 m.

    Zwei Punkte die knapp 2 km auseinanderliegen können mit normalen Teleskopen gerade noch getrennt werden. Viel zu wenig um Apollos Hinterlassenschaften zu erkennnen.

    http://www.astronomie.de/fachbereiche/radioastronomie/mpifr/2009/orion/index.htm

    Durch interferometrische Zusammenschaltung mehrerer Teleskope ist mehr möglich. Das VLT-Interferometer der ESO erreicht 2 Millibogensekunden und könnte dann Punkte die 4 m auseinander liegen trennen. Damit müßte man Apollos-Hinterlassenschaften in sehr niedriger Auflösung erkennen können.

    http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/10/lro-fotografiert-die-amerikanische-flagge-am-mond.php

    Wie Florian dort schreibt erreicht der Lunar Reconnaissance Orbiter eine Auflösung von 50 cm/Pixel, und damit wohl etwas mehr als jede irdische interferometrische Teleskopzusammenschaltung.

  9. #9 Oliver Debus
    28. Januar 2010

    @ Bullet

    Das Auflösungsvermögen des VLT Interferometer liegt im Bereich von einigen Millibogensekunden. Also damit kann man Objekte auf dem Mond trennen, die mehr als 10°1 km entfernt sind. Ich habe mir mal den Spaß erlaubt mit der Faustformel:
    Auflösungsvermögen d = 115″ / Objektivdurchmesser D
    abzuschätzen, wie groß der Durchmesser eines Teleskops sein müßte, mit dem man ein 5m großes Objekt erkennen kann. Ich komme da auf einen Wert von über 150km.
    Uff.

  10. #10 Oliver Debus
    28. Januar 2010

    Autsch, meine Werte und die von Aragorn liegen ja meilenweit auseinander, wo ist denn da mein Fehler… naja, so früh am Morgen mit so wenig Tee…

  11. #11 Oliver Debus
    28. Januar 2010

    “1 Bogensekunde = 1/3600 Grad” diese Umrechnung habe ich vergessen. *schäm*

  12. #12 Aragorn
    28. Januar 2010

    “1 Bogensekunde = 1/3600 Grad” diese Umrechnung habe ich vergessen. *schäm*

    Den Fehler sofort und ohne fremde Hilfe gefunden -> der Kandidat bekommt die Eins Plus 😉

  13. #13 Florian Freistetter
    28. Januar 2010

    Mit nem Interferometer wirds aber etwas knifflig, Bilder von Objekten auf ner flächigen Lichtquelle wie dem Mond zu machen 😉

  14. #14 Oliver Debus
    28. Januar 2010

    Wenn die ESO das EELT ein paar Meter größer bauen würden, dann könnten die von der Erde zumindest theoretisch die Mondlandefähren fotografieren.
    Aber das EELT wird ja für ernsthafte astronomische Forschung gebraucht.

    Warum bloß bauen die MondVTler nicht ein großes Teleskop, machen Fotos und beweisen, dass da oben keiner war?

  15. #15 Bullet
    28. Januar 2010

    Fein, ihr Helden. :) Damit sollte ja alles geklärt sein. Ach, ronny: leider hast du ja recht. Ich würde sogar noch weitergehen und schätzen, daß, WENN man jemals solche Mondfotos produzieren kann, sich sofort irgendein Honk ransetzt und “glasklar” beweist, daß sie gefälscht sind.

  16. #16 Ruhri
    6. Juli 2010

    Eigentlich ist mal wieder ein neuer Blog-Artikel fällig, nachdem die amerikanische Raumsonde Lunar Reconnaissance Orbiter etliche sowjetische Lander fotografieren konnte. Darunter waren auch Bilder von Luna 17 und ihrem Mondfahrzeug Lunochod 1, dessen Laserreflektor seit den siebziger Jahren nicht mehr anvisiert werden konnte. Der auch schon in einem anderen Blog-Artikel erwähnte Tom Murphy von der Universität San Diego und seine Kollegen haben das Fotomaterial untersucht, eine gravierende Abweichung zur vermuteten Position des Rovers ermittelt und ihren Laser entsprechend ausgerichtet. Bereits im ersten Versuch gab es einen (noch schwachen) Treffer! Tom Murphy hatte zuvor schon einige Jahre lang versucht, Lunochod 1 ausfindig zu machen, weil man im Grunde jetzt vier Reflektoren zur Bestimmung der Position und der Geschwindigkeit des Mondes benötigt, besser aber noch fünf, der Reflektor von Lunochod 2 aber leider eher schwach reflektiert und bei gewissen Sonnenständen gar nicht. Mit dem wesentlich stärkeren Signal von Lunochod 1 stehen also nun vier verlässliche Reflektoren zur Verfügung, die ggf. durch Lunochod 2 verstärkt werden können. Womöglich haben sich die Kosten des Lunar Reconnaissance Orbiters allein wegen dieses schönen Erfolgs rentiert.

  17. #17 *g*
    19. Oktober 2012

    lustig, bei Big Bang Theory thematisieren sie das mit dem Reflektor

  18. #18 Kallewirsch
    19. Oktober 2012

    Wobei man der Fairness halber auch zugeben muss, dass die der reine Reflektor kein Beweis ist. Die hätte man (siehe Lunochod) auch unbemannt dort hin bringen können.
    Aber: Es ist nicht möglich, die Reflektoren unbemannt zum Mond zu bringen, ohne das das jemand bemerkt!

    Der Techniker, der an einen Reflektor jetzt plötzlich eine motorgetriebene Justiereinrichtung anbringen soll. Die Crew, die diesen gepimpten Reflektor an eine Abstiegseinheit montiert. Die Ingenieure, die eine Abstiegseinheit konstruieren und bauen, die den Reflektor aufnimmt. Die Techniker, die die zugehörige Rakete gebaut haben. Die Controller, die diese Rakete zum Mond geflogen haben. Die Anwohner, die einen nicht angekündigten Raketenstart zum Mond sehen und hören. … Wo sind all diese Menschen?

  19. #19 Eisentor
    19. Oktober 2012

    Da fällt mir dieser Artikel ein:
    http://what-if.xkcd.com/13/

  20. #20 Luna
    25. Juli 2013

    Hallo, mich wundert, dass niemand drauf kommt, was denn los ist, wenn so ein aufgefächerter Laserstrahl mit enormer Leistung ein ganzes Dorf trifft. Ich bin in eurem Metier fremd, aber ich male mir gerade aus, es gibt ganz viele Reflektoren auf dem Mond, die besonders in den Vollmondnächten kräftige Strahlen spiegeln. Alles, was so angeblich der friedlichen Nutzung dient, hat schon bald auch die falschen Leute in ihrer Krativität angeregt.

  21. #21 Alderamin
    25. Juli 2013

    @Luna

    Gar nix passiert da, das Lichtecho ist so schwach, dass nur alle paar Sekunden ein einzelnes Photon zurück zum Empfänger auf der Erde geworfen wird.

    Damit brät man keine Leute. Die “falschen Leute”, die Du meinst, spielen ohnehin schon lange mit Lasern herum und versuchen damit, anfliegende Atomraketen abzuschießen, was bisher aber nur mit langsamen, angeleinten Raketen einigermaßen zu funktionieren scheint…