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Astronomie+Physik

Warum der Mond Satelliten frisst

Zukünftige Mondmissionen müssen sorgfältig geplant werden, damit sie nicht vorzeitig enden: Das Schwerefeld des Erdtrabanten ist extrem verbeult. Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen können daher schneller abstürzen, als ihren Erbauern lieb ist.

Das erfuhr die amerikanische Raumfahrtagentur Nasa 1972 sozusagen am eigenen Leib: Nach nur 35 Tagen im Mondorbit krachte die vom Apollo-16-Team ausgesetzte Sonde PFS-2 in den Mondstaub. Eigentlich sollte der Satellit in einer niedrigen, elliptischen Umlaufbahn mit einer Höhe zwischen 89 und 122 Kilometern jahrelang elektrische Teilchen und die Stärke magnetischer Felder messen.

Doch die Umlaufbahn der Sonde änderte sich in atemberaubender Geschwindigkeit: Nach zweieinhalb Wochen betrug der Sicherheitsabstand zwischen PFS-2 und der Mondoberfläche nur noch zehn Kilometer am mondnächsten Punkt der Bahn. Kurze Zeit später vergrößerte sich dieser Abstand zwar wieder auf 45 Kilometer, aber das Aufatmen war nur von kurzer Dauer: Der Mond zog den kleinen Satelliten unerbittlich immer näher heran, so dass er nach nur 425 Umläufen endgültig abstürzte. Die Schwestersonde PFS-1 überlebte immerhin anderthalb Jahre, bevor sie das gleiche Schicksal ereilte.

„Wenn der Mond eine perfekte Kugel wäre, dann hätten Umlaufbahnen die Form eines perfekten Kreises oder einer Ellipse“, sagt Alex Konopliv vom Jet Propulsion Laboratory der Nasa. „Da der Mond keine Atmosphäre hat, die Satelliten abbremst, kann man sehr nah an die Oberfläche gehen: Lunar Prospector kreiste sechs Monate lang in 30 Kilometern Höhe über der Mondoberfläche.“

Allerdings ist die Masse im Inneren des Mondes so unregelmäßig verteilt wie in keinem anderen Körper des Sonnensystems. Unter den großen Meteoritenkratern auf der Mondvorderseite, etwa dem Mare Imbrium oder dem Mare Serenitatus, befinden sich Ansammlungen schweren Gesteins dicht unter der Oberfläche. Diese „Mascons“, deren Entstehung noch rätselhaft ist, verändern das Schwerefeld: Die Anziehungskraft des Mondes ist zum Beispiel im Zentrum des Mare Imbrium um ein halbes Prozent höher als an seinem Rand, ein Senklot würde dort um ein drittel Grad von der Senkrechten abgelenkt.

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Diese Beulen im Schwerefeld wirken sich auch auf die Bahn von Satelliten aus. Konopliv, der die Bahnen mehrerer Satelliten nach den unglückseligen PFS-1 und PFS-2 analysierte, kommt zu dem Schluss, dass es dennoch mehrere Bahnen gibt, in denen Satelliten unbegrenzt um den Mond kreisen können. Diese stabilen Orbits sind gegenüber der Äquatorebene des Mondes um 27, 50, 76 oder 86 Grad geneigt. Damit sich ein Raumschiff auf anderen Bahnen halten kann, braucht es genug Treibstoff, um die Ablenkungen immer wieder zu korrigieren.

Beim Lunar Prospector reichte der Vorrat ungefähr 18 Monate. Als der Tank fast leer war, ließ ihn die Nasa absichtlich in der Nähe des Südpols abstürzen, um in der aufgewirbelten Staubwolke nach Spuren von Wasser zu suchen.

Ute Kehse
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