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Die vorteleskopische Mondforschung basiert ausschließlich auf Beobachtungen mit dem bloßen Auge. Die Mondforschung beschränkte sich somit auf die Deutung der visuell sichtbaren Albedo-Strukturen und der Beobachtung der Mondbahn um die Erde. Auch wenn solche Untersuchungen elementare Erkenntnisse, zum Beispiel den Saros-Zyklus der Finsternisse, hervorbrachten, konnte die eigentliche Erforschung des Mondes erst mit der Erfindung des Fernrohrs beginnen. Über die Geschichte der Mondforschung ließe sich ein ganzes Buch schreiben. Dieser Zweiteiler beschreibt einige wesentliche Stationen in der modernen Mondforschung von Galileo Galilei bis Apollo.
Bevor die ersten Raumsonden den Mond erreichten, war man auf erdgebundene Teleskopbeobachtungen angewiesen. Die Erforschung des Erdtrabanten beschränkte sich folglich auf kartografische und geomorphologische Betrachtungen. Das Mondinnere konnte erst mit Mondorbitern untersucht werden, wie wir in Teil 2 noch sehen werden.
Im Jahre 1609 führte Galileo Galilei mit seinen selbst gebauten Teleskopen die ersten dokumentierten Mondbeobachtungen durch.
Er nutzte einfache Fernrohre mit vier- bis neunfacher Vergrößerung. Später stand ihm eine etwa 33-fache Vergrößerung zur Verfügung. Es waren sehr einfache Teleskope mit einem chromatischen Objektiv aus einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse als Okular. Die Geräte lieferten aufrecht stehende und seitenrichtige Bilder. Von der optischen Konstruktion her sind sie mit Operngläsern identisch.
Die Teleskope lieferten ein Gesichtsfeld, das kleiner war als der Vollmond. Sie hatten eine starke chromatische Aberration, da achromatische Objektive und Spiegelteleskope noch nicht erfunden waren. Dennoch gelangen Galilei revolutionäre Beobachtungen des Erdmondes:
Galilei entdeckte die Krater, Berge und Täler des Mondes. Das war eine Beobachtung, die das damalige Weltbild erschütterte, da die Himmelskörper als göttlich angesehen wurden und somit für perfekte Kugeln gehalten wurden.
Ein weiterer sensationeller Befund war, dass die Mondmeere nicht, wie lange angenommen, aus Wasser bestanden, sondern feste Oberflächen hatten. Dies wird anhand der Einschlagskrater innerhalb der Meere deutlich, die man damals noch für vulkanische Strukturen hielt. Der Mond war also eine reine Steinwüste.
Galileo Galilei fertigte auch die erste primitive Karte des Mondes an. Sie war aufgrund des kleinen Gesichtsfeldes und der Verzerrungen, die seine Teleskope erzeugten, noch sehr ungenau, und die Proportionen stimmten nicht. Aber die Karte kann auf jeden Fall als Vorreiter der modernen Kartografie des Mondes angesehen werden.
Die folgende Abbildung zeigt diese Mondkarte im Vergleich mit einer modernen Fotografie des Mondes:
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Die Veröffentlichung Galileis Mondbeobachtungen in seinem Werk "Siderius Nuncius" sorgte in der damaligen Zeit für viel Aufsehen und den bekannten Konflikt mit der Kirche, der hier nicht näher behandelt werden soll.
Die Nachteile der Teleskope der damaligen Zeit wurden oben erläutert. Die Erfahrung zeigte, dass die durch die chromatische Aberration hervorgerufenen Farbfehler reduziert werden konnten, wenn das Teleskop im Verhältnis zur Öffnung sehr lang gebaut wird, also eine geringe Lichtstärke aufweist. Diese Erkenntnis führte zu Refraktor-Konstruktionen von 30 bis 40 Metern Länge, die abgestützt werden mussten, damit sie sich nicht durchbogen.
Ein solches Gerät benutzte Johannes Hevelius für seine Beobachtungen des Mondes. Die Bildqualität der Linsen hatte sich bereits verbessert, so dass detailliertere Beobachtungen der Mondoberfläche möglich wurden. Hevelius entdeckte auch die Libration des Mondes.
Hevelius' Mondkarte zeigt den gesamten Erdtrabanten, wie er von der Erde aus sichtbar ist. Sie ist zwar noch etwas ungenau, aber bereits wesentlich präziser als die Karten von Galileo Galilei. Die folgende Abbildung zeigt eine Mondkarte von Hevelius. Man beachte, dass Hevelius bereits die Librationszonen in seiner Arbeit berücksichtigte:
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Seine Ergebnisse veröffentlichte Hevelius in seinem Werk "Selenographia".
In den folgenden Jahrhunderten machte die Selenographie, also die Erforschung der Mondoberfläche durch die Entwicklung immer besserer und größerer Teleskope beachtliche Fortschritte. Die Mondkarten wurden präziser, da immer feinere Strukturen erkannt werden konnten. Der Schwerpunkt der Monderkundung lag auf der möglichst präzisen Kartografie. An dieser Stelle seien noch zwei Meilensteine der Mondkartographie erwähnt, die auf visuellen Beobachtungen basieren.
Wilhelm Beer und Johann Heinrich von Mädler erstellten von 1830 bis 1836 eine aus vier Blättern bestehende Karte des Mondes. Hierfür benutzten sie einen Refraktor mit 95 Millimeter Öffnung und 1500 Millimeter Brennweite.
Diese an Genauigkeit bis dahin unübertroffene Karte etablierte sich für mehrere Jahrzehnte als das Standardwerk unter den Mondkarten.
Das folgende Bild zeigt den Krater Gassendi, gezeichnet von Mädler:
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Man beachte, dass seine Standardkarte mit einem 95mm-Refraktorteleskop gewonnen wurde. Obwohl es damals bereits wesentlich leistungsfähigere Teleskope gab, hat sich diese Arbeit in der Fachwelt durchgesetzt. Dieser Erfolg ist zu einem erheblichen Teil auf die Sorgfalt und Präzision bei der Beobachtung zurückzuführen und demonstriert eindrucksvoll, dass eine große Teleskopöffnung zwar grundsätzlich von Vorteil ist, aber auch vermeintlich kleine Geräte ihren großen "Geschwistern" ebenbürtig sein können, wenn man sie im Rahmen ihrer Möglichkeiten und mit Sorgfalt einsetzt.
James Nasmyth war ein britischer Ingenieur und Amateurastronom. Wie viele seiner Zeitgenossen widmete auch er sich schwerpunktmässig der Mondbeobachtung.
Er entwickelte für diese Zwecke einen Teleskoptyp, der sich bis heute etabliert hat: Das Nasmyth-Teleskop. Hierbei wird das Licht, wenn es vom Hauptspiegel auf den Fangspiegel gelenkt wird, über einen dritten Spiegel in die Höhenachse gelenkt. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass das Okular stets in der gleichen Position bleibt und über die gesamte Beobachtungsdauer eine bequeme Einblickposition gewährleistet ist.
Mit diesem Teleskop mit 50 Zentimetern Öffnung führte Nasmyth detaillierte Mondeobachtungen durch. Seine Karten, die 1874 veröffentlicht wurden, übertrafen die von Beer und Mädler an Genauigkeit. Bei der Londoner Weltausstellung 1851 erhielt er für seine Mondkarten eine Medaille.
Bisher haben wir uns der Mondkartografie auf der Grundlage von visuellen Beobachtungen gewidmet. Obwohl die visuelle Beobachtung sehr präzise Messungen ermöglicht, hat sie einige Nachteile gegenüber der Fotografie:
Eine visuelle Beobachtung ist stets mehr oder weniger subjektiv. Das liegt einerseits daran, dass aufgrund atmosphärischer Einflüsse insbesondere an der Grenze des Auflösungsvermögens des verwendeten Teleskops das gleiche Detail jedes Mal ein wenig anders aussieht oder gar überhaupt nicht sichtbar ist. Nicht zuletzt hängt die Sichtbarkeit von feinen Details an der Auflösungsgrenze auch von der Sehschärfe und Erfahrung des Beobachters ab. Visuelle Beobachtungen sind also mitunter schwer oder gar nicht eindeutig reproduzierbar.
Hier hat die Fotografie Vorteile gegenüber der visuellen Beobachtung. Ein Foto ist objektiver als eine visuelle Beobachtung. Es zeigt stets die gleichen Details und kann von mehreren Betrachtern unter gleichen Voraussetzungen ausgewertet werden.
Auf der Grundlage eines bzw. mehrerer Fotos einer Struktur aus verschiedenen Beleuchtungswinkeln kann man auch viel genauer kartieren als beim Blick durch ein Okular.
Eine flächendeckende Arbeit sei an dieser Stelle beispielhaft erläutert: Im Rahmen der Vorbereitungen für die bemannten Apollo-Mondflüge nahm das Lunar and Planetary Laboratory in Arizona in Zusammenarbeit mit der NASA eine flächendeckende, hoch auflösende Karte des Mondes auf. Hierbei wurde jede Region des Mondes mehrfach unter verschiedenen Beleuchtungswinkeln fotografiert. Diese Bilddaten dienten der Ermittlung von potentiellen Landeplätzen der Apollo-Missionen.
Das folgende Foto zeigt exemplarisch eine Aufnahme aus diesem so genannten Consolidated Lunar Atlas (CLA). Es zeigt die Region um den Mondkrater Copernicus:
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Zahlreiche wissenschaftliche Erkenntnisse über den Mond konnten bereits durch erdgebundene Beobachtungen gewonnen werden. Hier werden die wichtigsten zusammengefasst.
Die teleskopische Mondforschung beschränkt sich hauptsächlich auf die Kartierung des Mondes sowie die Untersuchung und Vermessung der einzelnen geomorphologischen Strukturen. Für eine weiter führende Mondforschung sind Untersuchungen vor Ort notwendig.
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