Astronomie

Kann die Erde einen anderen natürlichen Satelliten als den Mond beherbergen?

Kann die Erde einen anderen natürlichen Satelliten als den Mond beherbergen?

Gibt es langzeitstabile Umlaufbahnen (astronomische Zeitskalen) um die Erde? Umlaufbahnen in geringer Höhe werden aufgrund der Reibung mit der Erdatmosphäre zerfallen. Innerhalb der Roche-Grenze der Erde könnte sich aufgrund der Gezeitenkräfte sowieso kein Mond bilden. In Höhen, die näher an der des Mondes liegen, würde der Mond vermutlich eine Umlaufbahn so destabilisieren, dass das Objekt entweder mit der Erde oder dem Mond kollidiert oder herausgeschleudert wird.

Viele der anderen Planeten in unserem Sonnensystem haben mehrere natürliche Satelliten; wo dies auftritt, sind sie immer wesentlich kleiner als die primären - denken Sie an Jupiter, Saturn und sogar Mars. Auf der anderen Seite hat die Erde und anscheinend auch Pluto nur einen natürlichen Satelliten, der im Vergleich zum primären relativ groß ist. Liegt das daran, dass ein großer Satellit dazu neigt, den gesamten "Einflussbereich" um seinen Primärkreis herum von jeglichem anderen Material zu befreien?

Meine Frage ist also: Verhindert die Existenz unseres Mondes effektiv die Bildung oder Erfassung anderer natürlicher Satelliten um die Erde? (Berücksichtigt nur echte Satelliten, keine "Begleit"-Objekte oder Quasi-Satelliten)


Kurze Antwort: Es könnte "langfristig" unmöglich sein. Es ist wegen der Größe des Mondes und der Nähe zur Sonne problematisch.

Lange Antwort:

Das Erde-Mond-System im leeren Raum könnte mehrere weitere Monde aufnehmen (wie das Pluto-Charon-System). Das Problem ist neben der Größe des Mondes auch die Nähe zur Sonne. Planeten, die näher an ihrem Stern sind, haben es schwerer, Monde zu halten, teilweise weil die Hill-Kugel kleiner ist, teilweise weil die Gezeitenkräfte viel größer sind (und diese beiden Faktoren können Hand in Hand gehen, nicht zusätzlich). Aber es ist nicht nur Zufall, dass Merkur und Venus keine Monde haben, sie halten auch seltener an Monden fest.

Der Mars hat aufgrund seiner geringeren Masse eine kleinere Hügelkugel als die Erde, aber seine 2 Monde sind sehr klein. Außerdem ist einer der Mars-2-Monde möglicherweise nicht mehr so ​​lange da. Es könnte in nur 100 Millionen Jahren auf dem Mars abstürzen.

Die Nähe der Erde zur Sonne verleiht der Erde eine Hügelkugel von etwa 1,5 Millionen km, und der wahre Stabilitätsbereich (langfristig) beträgt etwa 1/3 bis 1/2 davon, also etwa 500-750.000 km, was nicht alles ist so viel weiter draußen als der Mond derzeit ist.

Die durchschnittliche Entfernung unseres Mondes beträgt 384.000 km, aber unser Mond hat eine leicht exzentrische Umlaufbahn, sodass seine Entfernung zwischen etwa 363.100 und 405.700 km variiert. Quelle.

Der zweite Faktor ist die relative Masse zwischen Mond und Planet. Der Mars hat 2 Monde, aber seine Monde sind sehr klein und haben eine sehr geringe Gravitationswirkung aufeinander. Unser Mond hat 1/81 der Masse der Erde, was das größte Verhältnis von Mond zu Planet in unserem Sonnensystem ist.

Unter Verwendung der vereinfachten Hill-Sphere-Formel wird die Kubikwurzel von (das Verhältnis der Massen/3). Grundsätzlich gibt die Kubikwurzel von (1/243) dem Erdmond eine Hügelkugel von etwa 16% seiner Entfernung zur Erde. Jedes Objekt, das die Erde umkreist, das sich innerhalb der Hügelkugel des Mondes bewegt, wird sich offensichtlich nicht in einer stabilen Umlaufbahn befinden. Tatsächlich reicht der Instabilitätsbereich wahrscheinlich weit über diese 16% hinaus. Wie weit vergangen ist, bin ich mir nicht sicher, aber ich kann mit Sicherheit sagen, dass alles, was auch nur entfernt in der Nähe der Mondbahn liegt, die Erde für keinen Zeitraum umkreisen könnte.

Mit 16% liegt der deutlich instabile Bereich zwischen 300.000 km und 470.000 KM. Es wäre unmöglich, dass ein Objekt die Erde in einer größeren Entfernung als der Mond umkreist. Sonnen- und Mondstörungen wären zu groß.

Wenn es überhaupt möglich ist, dass die Erde einen zweiten Mond hat, müsste er ziemlich nahe um die Erde kreisen. Vermutlich weit drinnen 300.000 KM. Je näher an der Erde, desto mehr würde die Gravitation der Erde dominieren. Wenn ich also raten würde, müsste der Mond meiner Meinung nach ziemlich nahe sein, vielleicht im Bereich von 50.000 km - aber das ist nur eine Vermutung.

Zum Vergleich die 3 Monde des Jupiter in Orbitalresonanz; Ganymed, der größte der 3 hat eine Hügelkugel, die etwa 3% vom Jupiter entfernt ist. Die Bahnresonanz von 1:2:4 ergibt die 1,5-te Wurzel von 2 oder ein Verhältnis von 1,59 zu 1 Bahnabstand. Diese 3 Monde haben auch fast kreisförmige Umlaufbahnen. Wenn die Umlaufbahn des Mondes fast kreisförmig wäre, könnte es eine stabile Resonanz geben, die 1,59 mal näher an der Erde liegt, aber da die Umlaufbahn des Mondes messbar exzentrisch ist, glaube ich nicht, dass das Verhältnis der Umlaufperiode von 2: 1 langfristig stabil wäre, weil es zu viele wackeln drin. Ich denke, Ihre beste Wahl für eine stabile Umlaufbahn für einen zweiten Mond wäre sehr nahe an der Erde, wahrscheinlich im Bereich von 50-100.000 KM (aber das ist eine grobe Schätzung).

Es ist erwähnenswert, dass "langfristig stabil" kein genauer Begriff ist, da es keine klare Grenze gibt. Tausend Umlaufbahnen? Eine Million? Eine Billion? Lebensdauer der Sonne?

Mir ist klar, dass "vielleicht, vielleicht nicht" keine Antwort ist, aber ich wollte einige Gründe ansprechen, warum es schwierig ist. Ein eingefangener Satellit konnte nicht in eine relativ kreisförmige erdnahe Umlaufbahn eingefangen werden, weil die Einfallsgeschwindigkeit zu groß ist. Theoretisch könnte sich bei genügend Trümmern ein Satellit in der Nähe der Erde bilden und vielleicht für relativ lange Zeit stabil sein, aber der Mond würde eine solche Bildung zu einem gewissen Grad verhindern, ähnlich wie Jupiter verhindert, dass der Asteroidengürtel zusammenwächst ein winziger Planet. (Die geringe Masse des Asteroidengürtels spielt dabei auch eine Rolle, vielleicht eine größere Rolle), aber Jupiter ist ein Faktor. Artikel hier


Ein paar hundert Kilometer hinter geosynchron liegt die Umlaufbahn des Satellitenfriedhofs, deren Entfernung auch eine Funktion der Satellitengröße ist. Man könnte einen Asteroiden in eine solche Umlaufbahn bringen, um ein gut sichtbarer Mond zu sein. Da wir keinen solchen Mond haben, kann man argumentieren, dass dies daher unwahrscheinlich ist. Aber wie unten, kein Mond ist ewig, und ganz sicher hatten wir in der Vergangenheit viele kleine Monde. Die Erde hat mehr oder weniger eine Art zweiten Mond, und dies wird für Jahrhunderte so "nicht möglich" sein, ist zweifelhaft.

Ich kaufe nicht das Argument "Ich mag das komplizierte kleine temporäre natürliche Satelliten-Argument nicht." Mit diesem Argument wäre Phobos kein Mond des Mars, da seine Umlaufbahn in 30 Millionen Jahren endgültig zerfallen wird. Unsere Luna wird irgendwann aufgrund von Gezeitenbremsen entkommen, also würde ich lieber sagen, dass kein Satellit für immer ist. Das nächste Problem besteht darin, dass, wenn 2016HO3 oben kein „Mond“ oder „Satellit“ ist, die Erde kein „Planet“ ist, da Planeten „ihre eigenen Umlaufbahnen löschen“ als Punkt 3 der IAU-Definition des Planeten.

Die Hill-Kugel ist nur eine Annäherung, und andere Kräfte (wie der Strahlungsdruck oder der Yarkovsky-Effekt) können schließlich ein Objekt aus der Kugel herausstoßen. Dieses dritte Objekt sollte auch eine ausreichend geringe Masse aufweisen, damit es durch seine eigene Schwerkraft keine zusätzlichen Komplikationen mit sich bringt. Detaillierte numerische Berechnungen zeigen, dass Bahnen auf oder nur innerhalb der Hill-Kugel langfristig nicht stabil sind; es scheint, dass stabile Satellitenumlaufbahnen nur innerhalb von 1/2 bis 1/3 des Hügelradius existieren. Der Stabilitätsbereich für retrograde Bahnen in großer Entfernung vom Primärkreis ist größer als der Bereich für prograde Bahnen in großer Entfernung vom Primärkreis. Dies sollte das Überwiegen der rückläufigen Monde um Jupiter erklären; Saturn hat jedoch eine gleichmäßigere Mischung aus retrograden/prograden Monden, daher sind die Gründe komplizierter… Die Hill-Sphäre von (66391) 1999 KW$_4$, einem Merkur-Kreuzer-Asteroiden mit einem Mond (S/2001 (66391) 1 ), misst 22 km im Radius.


Beanspruchte Monde der Erde

Behauptungen über die Existenz anderer Monde der Erde – d. h. eines oder mehrerer natürlicher Satelliten mit relativ stabilen Erdumlaufbahnen, außer dem Mond – gibt es schon seit einiger Zeit. Es wurden mehrere Kandidaten vorgeschlagen, aber keiner wurde bestätigt. [1] Seit dem 19. Jahrhundert haben Wissenschaftler ernsthaft nach mehr Monden gesucht, aber die Möglichkeit war auch Gegenstand einer Reihe zweifelhafter nichtwissenschaftlicher Spekulationen sowie einer Reihe wahrscheinlicher Falschmeldungen. [2]

Obwohl der Mond der einzige natürliche Satellit der Erde ist, gibt es eine Reihe von erdnahen Objekten (NEOs) mit Umlaufbahnen, die in Resonanz mit der Erde sind. Diese wurden "zweite" Monde der Erde genannt. [3]

469219 Kamoʻoalewa , ein am 27. April 2016 entdeckter Asteroid, ist möglicherweise der stabilste Quasi-Satellit der Erde. [4] Während sie die Sonne umkreist, scheint 469219 Kamoʻoalewa auch die Erde zu umkreisen. Er ist zu weit entfernt, um ein echter Satellit der Erde zu sein, aber er ist das beste und stabilste Beispiel für einen Quasi-Satelliten, eine Art erdnahes Objekt. Sie scheinen einen anderen Punkt als die Erde selbst zu umkreisen, wie zum Beispiel die Umlaufbahn des NEO-Asteroiden 3753 Cruithne. Erdtrojaner wie 2010 TK 7 sind NEOs, die die Sonne (nicht die Erde) auf derselben Umlaufbahn wie die Erde umkreisen und die Erde auf derselben Umlaufbahn zu führen oder zu verfolgen scheinen.

Andere kleine natürliche Objekte in der Umlaufbahn um die Sonne können für kurze Zeit in die Umlaufbahn um die Erde eintreten und zu vorübergehenden natürlichen Satelliten werden. Bis heute [Update] waren die einzigen bestätigten Beispiele 2006 RH 120 in der Erdumlaufbahn in den Jahren 2006 und 2007, [1] und 2020 CD 3 in der Erdumlaufbahn zwischen 2018 und 2020. [5] [6]


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Der Erde ist immer dieselbe Seite des Mondes zugewandt. Die Rückseite des Mondes wurde erstmals 1959 von Menschen beobachtet, als die unbemannte sowjetische Luna 3-Mission den Mond umkreiste und ihn fotografierte. Neil Armstrong und Buzz Aldrin (auf der Apollo-11-Mission der NASA, zu der auch Michael Collins gehörte) waren die ersten Menschen, die am 20. Juli 1969 den Mond betraten.

Wenn Sie auf dem Mond stehen würden, würde der Himmel auch tagsüber immer dunkel erscheinen. Außerdem befindet sich die Erde von jedem Punkt auf dem Mond (außer auf der anderen Seite des Mondes, wo Sie die Erde nicht sehen können) immer an der gleichen Stelle am Himmel, die Phase der Erde ändert sich und die Erde dreht sich und zeigt verschiedene Kontinente.

DIE ORBIT DES MONDES
Der Mond ist im Durchschnitt etwa 238.900 Meilen (384.000 km) von der Erde entfernt. Bei seiner nächsten Annäherung (dem Mondperigäum) ist der Mond 221.460 Meilen (356.410 km) von der Erde entfernt. Bei seiner weitesten Annäherung (seinem Apogäum) ist der Mond 252.700 Meilen (406.700 km) von der Erde entfernt.

Der Mond umkreist die Erde in etwa einem Monat (27 Tage 8 Stunden). Es dreht sich in der gleichen Zeit um die eigene Achse. Der Erde ist immer dieselbe Seite des Mondes zugewandt, er befindet sich in einer synchronen Rotation mit der Erde.

Die Umlaufbahn des Mondes dehnt sich mit der Zeit aus, wenn er sich verlangsamt (die Erde verlangsamt sich auch, da sie Energie verliert). Zum Beispiel war der Mond vor einer Milliarde Jahren viel näher an der Erde (ungefähr 200.000 Kilometer) und brauchte nur 20 Tage, um die Erde zu umkreisen. Außerdem war ein Erden-'Tag' ungefähr 18 Stunden lang (anstelle unseres 24-Stunden-Tages). Die Gezeiten auf der Erde waren auch viel stärker, da der Mond näher an der Erde war.

SAROS
Der Saros ist der etwa 18-jährige periodische Zyklus des Erde-Mond-Sonne-Systems. Alle 6.585 Tage stehen Erde, Mond und Sonne genau an der gleichen Position. Wenn es eine Mondfinsternis gibt, wird es genau 6.585 Tage später auch eine geben.

GRÖSSE
Der Durchmesser des Mondes beträgt 2,159 Meilen (3,474 km), 27% des Durchmessers der Erde (etwas mehr als ein Viertel des Erddurchmessers).

Der gravitative Gezeiteneinfluss des Mondes auf die Erde ist etwa doppelt so stark wie der gravitative Gezeiteneinfluss der Sonne. Das Größenverhältnis Erde:Mond ist im Vergleich zu den Verhältnissen der meisten anderen Planeten:Mond-Systeme ziemlich klein (bei den meisten Planeten in unserem Sonnensystem sind die Monde im Vergleich zum Planeten viel kleiner und haben weniger Einfluss auf den Planeten).

Masse und Schwerkraft
Die Masse des Mondes beträgt (7,35 x 10 22 kg), etwa 1/81 der Erdmasse.

Die Anziehungskraft des Mondes beträgt nur 17% der Erdanziehungskraft. Zum Beispiel würde eine Person von 100 Pfund (45 kg) auf dem Mond nur 17 Pfund (7,6 kg) wiegen.

Die Dichte des Mondes beträgt 3340 kg/m 3 . Dies entspricht etwa 3/5 der Dichte der Erde.

TEMPERATUR
Die Temperatur auf dem Mond reicht von Tageshöchstwerten von etwa 130°C = 265°F bis zu Nachttiefs von etwa -110°C = -170°F

ATMOSPHÄRE
Der Mond hat keine Atmosphäre. Auf dem Mond erscheint der Himmel immer dunkel, auch auf der hellen Seite (weil keine Atmosphäre vorhanden ist). Da sich Schallwellen durch die Luft ausbreiten, ist der Mond auch still, es kann keine Schallübertragung auf dem Mond geben.

STUTE
Mare (Plural Maria) bedeutet "Meer", aber Maria auf dem Mond sind Ebenen auf dem Mond. Sie werden Maria genannt, weil sehr frühe Astronomen dachten, dass diese Gebiete auf dem Mond große Meere seien. Die erste Mondlandung fand im Mare Tranquillitatis (dem Meer der Ruhe) statt. Maria konzentriert sich auf die der Erde zugewandte Seite des Mondes, auf der anderen Seite gibt es nur sehr wenige dieser Ebenen. Wissenschaftler wissen nicht, warum das so ist.

KRATER UND RILLES


Der Mondkrater Aristarchus (am NW-Rand des Oceanus Procellarum). Dieser riesige, kreisförmige Krater hat einen Durchmesser von 40 km und eine Tiefe von 3,6 km (vom Rand bis zum Boden). Es gibt viel Ejekta (Material, das beim Aufprall vom Krater geschleudert wird) um den Krater herum.
Die Mondoberfläche ist von Millionen von (meist kreisförmigen) Einschlagskratern gezeichnet, die von Asteroiden, Kometen und Meteoriten verursacht wurden. Auf dem Mond gibt es keine Atmosphäre, die ihn vor dem Bombardement potenzieller Impaktoren schützt (die meisten Objekte aus dem Weltraum verglühen in unserer Atmosphäre). Außerdem gibt es keine Erosion (Wind oder Niederschlag) und wenig geologische Aktivität, die diese Krater abtragen, so dass sie unverändert bleiben, bis ein weiterer neuer Einschlag sie verändert.

Diese Krater reichen bis zu vielen hundert Kilometern, aber die größten Krater wurden von Lava überflutet und nur Teile der Umrisse sind sichtbar. Die Maria (Meere) in niedriger Höhe haben weniger Krater als andere Gebiete. Dies liegt daran, dass diese Gebiete in jüngerer Zeit entstanden sind und weniger Zeit hatten, um getroffen zu werden. Der größte intakte Mondkrater ist Clavius ​​mit einem Durchmesser von 160 km.

Eine Rille ist ein langes, schmales Tal auf der Mondoberfläche. Hadley Rille ist ein langes Tal auf der Mondoberfläche. Diese Rille ist 125 km lang, 400 m tief und an ihrer breitesten Stelle fast 1500 m breit. Es wurde von geschmolzener Basaltlava gebildet, die einen steilen Kanal entlang der Basis der Apenninenfront (die 1971 von den Apollo-15-Astronauten erforscht wurde) schnitzte.

MOND ODER DOPPELPLANET?
Die Erde und der Mond sind im Gegensatz zu den meisten Planeten-Mond-Systemen relativ ähnlich groß (4:1 im Durchmesser, 81:1 in der Masse). Viele Leute halten Erde und Mond für ein Doppelplanetensystem (und nicht für ein Planeten-Mond-System). Der Mond dreht sich nicht wirklich um die Erde, er dreht sich zusammen mit der Erde um die Sonne (wie ein Doppelplanetensystem).

LIBRATION
Libration ist eine Schaukelbewegung des Mondes. Durch Librationen sehen wir den Mond zu unterschiedlichen Zeiten aus verschiedenen Blickwinkeln, sodass wir etwa 59 Prozent der Mondoberfläche von der Erde aus sehen können, obwohl uns immer dieselbe Seite zugewandt ist. Es gibt Librationen aufgrund von Schwankungen der Umlaufgeschwindigkeit des Mondes (Längslibration) und der Neigung des Mondäquators in Bezug auf seine Bahnebene (Breitenlibration). Es gibt auch eine scheinbare Libration, die darauf zurückzuführen ist, dass ein Beobachter auf der Erde den Mond aus verschiedenen Winkeln betrachtet, während sich die Erde dreht (tägliche Libration, die jeden Tag auftritt).

ZWEI MONATLICHE MONATE
Die siderischen und synodischen Mondmonate sind unterschiedlich lang. Der Sternmonat ist die Zeit, die der Mond braucht, um in Bezug auf die Sterne an die gleiche Position am Himmel zurückzukehren. Der Sternmonat ist 27,321 Tage lang. Der synodische Monat ist die Zeit zwischen ähnlichen Mondphasen (z. B. zwischen zwei Vollmonden), der synodische Monat ist 29.530 Tage lang.

MOND ERKUNDUNG


Der Fußabdruck von Astronaut Buzz Aldrin auf dem Meer der Ruhe des Mondes von der Apollo-11-Mission im Jahr 1969.
Es gab viele Missionen zum Mond, darunter Orbiter-Missionen und Mondlandungen. Die Apollo-Missionen der NASA schickten erstmals Menschen zum Mond. Die LEM (Lunar Excursion Module) von Apollo 11 landete am 20. Juli 1969 mit Neil Armstrong und Edwin "Buzz" Aldrin (Michael Collins war im Orbiter) auf dem Mond. Neil Armstrong war der erste Mensch, der den Mond betrat. Seine ersten Worte, als er die Leiter der Mondlandefähre auf die Mondoberfläche hinunterstieg, waren: "Das ist ein kleiner Schritt für den Menschen, ein riesiger Sprung für die Menschheit." Aldrin beschrieb die Mondlandschaft als "großartige Verwüstung". Apollo 12-17 setzte die Mondforschung fort.

MONDFELSEN
NASA-Astronauten haben 842 Pfund (382 kg) Mondgestein (in vielen Missionen) geborgen, die genau untersucht wurden. Die Zusammensetzung der Mondgesteine ​​ist der der Erdgesteine ​​sehr ähnlich. Mit Hilfe der Radioisotopen-Datierung wurde festgestellt, dass Mondgestein etwa 4,3 Milliarden Jahre alt ist.

DER HERKUNFT DES MONDES
Die meisten Wissenschaftler glauben, dass der Mond aus dem ausgestoßenen Material entstand, nachdem die Erde mit einem marsgroßen Objekt kollidiert war. Dieses ausgestoßene Material verschmolz zum Mond, der in eine Umlaufbahn um die Erde ging. Diese katastrophale Kollision ereignete sich etwa 60 Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde (vor etwa 4,3 Milliarden Jahren). Dies wird durch die Radioisotopendatierung von Mondgesteinen bestimmt determined

BLAUER MOND

Wenn zwei Vollmonde in einem einzigen Monat auftreten, wird der zweite Vollmond als "Blauer Mond" bezeichnet. Eine andere Definition des blauen Mondes ist der dritte Vollmond, der in einer Jahreszeit mit vier Vollmonden auftritt (normalerweise hat jede Jahreszeit nur drei Vollmonde).


Mondgestein, Mineralien und Elemente

Die äußere Oberfläche ist hart und enthält Mineralien wie Titan. Einige Mondgesteine ​​enthalten verarbeitete Metalle, darunter Messing, Glimmer und zwei aufregende Elemente, Uran 236 und Neptunium 237. Diese Elemente kommen, soweit die Wissenschaft weiß, nicht in der Natur vor.

Uran 236 ist ein langlebiger radioaktiver Atommüll, der aus abgebranntem Uran als Kernbrennstoff aufbereitet wird. Neptunium 237 ist ein radioaktives Element, das als Nebenprodukt von Kernreaktoren aus Plutonium gewonnen wird. Es gibt unbekannte Eisenpartikel, die unempfindlich gegen Rost sind. Diese Ergebnisse treten nicht aufgrund eines bekannten natürlichen Prozesses auf. Sie stimmen jedoch mit groß angelegten Bergbau- und Mühlenbetrieben überein.

Zwischen 1969 und 1972 gab es sechs Apollo-Missionen. Sie brachten 382 Kilogramm Mondgestein, Kernproben, Kieselsteine, Sand und Staub zurück. Diese sechs Raumflüge repräsentieren 2200 separate Proben von sechs verschiedenen Standorten. Ab 2019 behauptet die NASA, 85% dieser Proben zu besitzen. Die NASA gibt zu, dass nur 180 Mondgesteinsproben fehlen. Diese 180 Proben oder ungefähr 126 Pfund befinden sich also in Privatsammlungen.


Kandidaten [ bearbeiten | Quelle bearbeiten]

Der Stern 1SWASP J140747.93-394542.6 im Sternbild Centaurus hat möglicherweise einen Planeten mit einem Mond. Der bestätigte extrasolare Planet WASP-12b könnte auch einen Mond besitzen.

Im Dezember 2013 wurde ein potenzieller Exomoon eines frei schwebenden Planeten MOA-2011-BLG-262 angekündigt, aber aufgrund von Entartungen in der Modellierung des Mikrolinsenereignisses können die Beobachtungen auch als ein Planet mit Neptunmasse erklärt werden, der a umkreist Roter Zwerg mit geringer Masse, ein Szenario, das die Autoren für wahrscheinlicher halten. Dieser Kandidat wurde auch einige Monate später, im April 2014, in den Nachrichten veröffentlicht.

Im Oktober 2018 veröffentlichten Forscher des Hubble-Weltraumteleskops Beobachtungen eines um Kepler-1625b kreisenden Kandidaten-Exomon namens Kepler-1625b I. Die Entdeckung dieses Exomoons deutet darauf hin, dass der Wirtsplanet wahrscheinlich mehrere Jupitermassen hat, während der Mond eine Masse haben könnte und Radius ähnlich dem des Planeten Neptun. Die Studie kam zu dem Schluss, dass die Exomoon-Hypothese die einfachste und beste Erklärung für die verfügbaren Beobachtungen ist, warnte jedoch davor, dass es schwierig sei, ihrer Existenz und Natur eine genaue Wahrscheinlichkeit zuzuordnen. Einige argumentieren, dass dies eher ein Beispiel für einen Doppelplaneten als einen Exomoon sein könnte.


ASTR 104 | Astronomie der Planeten

Die Erde und der Mond hatten eine Beziehung, die das Interesse der Menschheit endlos geweckt hat. Der Mond, der einzige natürliche Satellit der Erde, entstand vor etwa 4,6 Milliarden Jahren, was zeitlich nahe an der Entstehung der Erde liegt. Im Laufe der astronomischen Geschichte war die Frage, wann, wie und warum Erde und Mond entstanden sind, eine Debatte zwischen Wissenschaftlern, Philosophen und verschiedenen Gelehrten. Das folgende Projekt wird die wechselseitige Beziehung zwischen Erde und Mond analysieren, die Theorien diskutieren, die diese Beziehung unterstützen, sowie die Einzigartigkeit des einzigen Mondes der Erde untersuchen.

Entstehung der Erde

Die Entstehung der Erde begann vor etwa 4,6 Milliarden Jahren durch Zusammenstöße von Gas und Staub in einer massiven Wolke. Asteroiden und kleine Planeten bildeten sich schließlich, und die Kollisionen dieser Objekte führten zum Bau der Planeten in unserem Sonnensystem. Diese Theorie wird als Sonnennebel-Hypothese bezeichnet 1 . (Abbildung 1)

Wasser ist von Anfang an auf der Erde. Auf der Erde gefundene Gesteine, die direkt aus dem Erdmantel stammen, enthalten kleine Wassertröpfchen, die aus den gleichen Materialien bestehen, die derzeit auf der Erde vorhanden sind. Es wurde festgestellt, dass vor 4,4 Milliarden Jahren gebildete zertrümmerte Zirkonkristalle mit Wasser in Kontakt kamen, was bedeutet, dass die Erde zu dieser Zeit Ozeane hatte 2 . Das soll nicht heißen, dass das Wasser nicht von Asteroiden und Kometen stammt, die sie den Ozeanen der Erde sehr wohl hinzugefügt haben, aber Wissenschaftler glauben, dass Wasser seit seiner Entstehung auf der Erde vorhanden ist.

Als sich die Erde zum ersten Mal bildete, war die Oberfläche vollständig geschmolzen und es gab praktisch keine Atmosphäre. Beim Abkühlen der Erde bildete sich eine Atmosphäre aus Schwefelwasserstoff, Methan und Kohlendioxid 3 . Sauerstoff existierte nur in Wasserverbindungen. Im Laufe des Lebens auf der Erde produzierten Organismen Sauerstoff, um dem Methan in der Atmosphäre entgegenzuwirken. Vor etwa 2 Milliarden Jahren begann die Sauerstoffproduktion auf der Erde 4 . Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre nahm mit der Entwicklung des Lebens auf der Erde weiter zu. Vor etwa 400 Millionen Jahren machte Sauerstoff 20 % der Atmosphäre aus.

Das Leben auf der Erde begann vor etwa 3,8 Milliarden Jahren. Zu dieser Zeit existierten nur einzellige Bakterien. Einige Zeit später begann sich das Leben zu formen, das wir heute kennen. Fische entwickelten sich erstmals vor 530 Millionen Jahren, gefolgt von Landpflanzen und Wäldern in den nächsten 150 Millionen Jahren. Säugetiere entwickelten sich vor 200 Millionen Jahren, und Menschen entwickelten sich erst vor 200.000 Jahren 5 .

Abbildung 1: Asteroiden kollidierten über viele Jahre miteinander, um größere Körper wie unsere Planeten zu bilden. Bildquelle: Joe Tucciarone https://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/questions/question38.html

Abbildung 2: Illustration eines Objekts von der Größe des Mondes, das mit einem Planeten kollidiert Autor: NASA/JPL-Caltech http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1454.html

Evolution und Entstehung des Mondes

Die Wissenschaft hat festgestellt, dass der Erdmond vor 4,5 Milliarden Jahren seinen Entstehungsprozess begann. Wissenschaftler haben lange geglaubt, dass der Mond aufgrund einer Kollision zwischen der Erde und einem anderen Planeten entstand 6 .

Zu Beginn der Geschichte wurde die Erde von einem marsgroßen Planeten getroffen und dieser Planet wurde durch seinen Aufprall zerstört und die meisten Trümmer und einige der Erde bildeten sich zu einer Scheibe um die Erde und schließlich zum Mond. Die Schwerkraft der Erde hat den Mond möglicherweise gestreckt und seine seltsame Form geschaffen. Dieses Ereignis, das den Mond bildete, setzte die Entwicklung der Erde in Gang.

Die Beziehung und Wirkung des Mondes auf die Erde

Da der Mond als Ergebnis der Existenz der Erde vorhanden ist und angenommen wird, dass er aus Teilen der Kruste des damals jungen Planeten stammt, ist ihre Beziehung wichtig. Der Mond hat aus vier Hauptgründen eine wichtige Beziehung zur Erde. Der erste ist, dass es eine Anziehungskraft bietet, die der Grund für die Gezeiten ist. Die Anziehungskraft des Mondes ist an der mondnächsten Stelle auf der Erde am stärksten. An dieser Stelle ist die Anziehungskraft so stark, dass eine Ausbuchtung im Wasser entsteht, die das Wasser dann entweder zur Anziehungskraft hin oder von dieser weg bewegt 7 . Gezeiten sind wichtig für die Erde, weil sie regelmäßige Änderungen der Meerestiefen ermöglichen, warmes und kaltes Wasser zirkulieren lassen und es Fischen und ihrer Nahrung ermöglichen, sich entlang der Gezeiten zu bewegen, was zu nachhaltigeren Ressourcen führt.

Der zweite Effekt, den der Mond auf dem Planeten Erde hat, ist, dass er die Nacht mit Licht versorgt. Ohne den Mond gäbe es nichts, wovon die Sonnenstrahlen reflektiert werden könnten, was zu keinem Licht für einen bestimmten Teil der Erde führen würde, der von der Sonne entfernt ist 8 .

Die dritte Sache, die der Mond für die Erde tut, ist die Stabilisierung unserer Umlaufbahnneigung. Ohne den Mond ist es möglich, dass sich die Erde um bis zu 85 Grad neigt, was zu drastischen Temperaturunterschieden auf der Erde sowie zu einer Änderung unseres üblichen 24-Stunden-Tages führt 9 .

Die vierte Sache, die der Mond für die Erde tut, wirkt sich sowohl auf die Tiere als auch auf die Menschen aus, die auf ihm leben. Seit Anbeginn der Menschheit glauben bestimmte Kulturen und Menschengruppen, dass der Mond einen Einfluss auf die Fortpflanzung von Tieren und Menschen hat, einen Einfluss auf Menstruationszyklen, Fruchtbarkeit, hormonelle Veränderungen und Geburtenraten hat 10 . Es hat auch die Zeit auf der Erde beeinflusst, wie die Erstellung des Kalenders, mit dem Westler vertraut sind, die Länge unserer Tage und auch, warum bestimmte Teile des Tages so genannt werden, wie sie sind. Diese vier Gründe sind einige der Haupteffekte, die der Mond auf die Erde hat.

Abbildung 3: Dieses Foto ist rein lehrreich, da es weder die Erde noch das Wasser maßstabsgetreu zeigt. Es zeigt jedoch, wie sich das Wasser aufgrund der Anziehungskraft des Mondes wölbt, was sowohl zu Ebbe als auch zu Ebbe führt. Referenz für Bild: https://scijinks.gov/tides/

Theorien: Wie ist der Mond entstanden?

Diese Theorie besagt, dass der Mond in Wirklichkeit ein eingefangener Asteroid war. Dies wurde aufgrund der Monde von Mars Phobos und Deimos für wahr gehalten, da es sich um eingefangene Asteroidenmonde handelt, die durch die nicht sphärische Form dieser Monde bestimmt wurden. Ein weiterer Hinweis auf einen eingefangenen Mond ist, wenn seine Umlaufbahn in die entgegengesetzte Richtung des Planeten verläuft, den er umkreist 11</sup< . Ein Beispiel für diese Art von Mond wäre der von Neptuns Mond Triton 12 . Da der Erdmond eine abgerundete Form hat und mit der Erde umkreist, widerlegt dies die Theorie, dass der Erdmond Teil der Einfangtheorie ist. Wenn Sie sich die Geschwindigkeit des vorbeiflitzenden Mondes oder Asteroiden vorstellen würden, wäre es unwahrscheinlich, anzunehmen, dass die Erde ihn eingefangen hat: Die erforderliche extrem langsame Annäherungsgeschwindigkeit würde eine viel größere Wahrscheinlichkeit einer Kollision oder eines Auswurfs implizieren 13 .

Ein weiterer Grund, warum die Capture-Theorie keine plausible Hypothese für die Entstehung des Mondes ist, liegt darin, dass es angesichts des Alters der Erde von 3,8 Milliarden Jahren und des Mondes von 4,5 Milliarden Jahren seltsam erscheint, dass der Mond geparkt wird 1 Milliarde Jahre vor der Entstehung der Erde und ziehen sie dann heraus, wenn wir sie brauchen. 14.

Abbildung 4 Bild von: http://www.space.com/25322-moon-formation-wild-theories.html

Die Giant-Impact-Theorie wurde vor über einem Jahrzehnt etabliert und hat mehr Unterstützung erhalten als viele frühere Modelle. Es wird angenommen, dass die Planetenentstehung mit dem Anhaften und der Reibungskoagulation von Staubpartikeln in einem Gasnebel beginnt, der in der zirkumstellaren Scheibe 21 verblieb. Diese Partikel beginnen an Größe zu wachsen, bis eine Gravitationsanziehung zwischen großen Körpern besteht. Größere Kollisionen zwischen kleinen Protoplaneten führen schließlich zu Objekten von der Größe der Erde 22 . Es wurde theoretisiert, dass der Mond aus einem Ring von Trümmern zusammengewachsen ist, der durch eine solche Kollision im späten Stadium zwischen zwei erdbildenden Protoplaneten erzeugt wurde 23 .

Der Aufprall könnte genug Trümmer in die Erdumlaufbahn gespritzt haben, um den Mond zu bilden. Es könnte auch die Erde in ihre 23-Grad-Neigung gebracht haben, um die Präzession der Jahreszeiten zu gewährleisten. Ein riesiger Einschlag hätte auch die Erde durch und durch geschmolzen. Einige Geochemiker behaupteten, dass ein riesiger Einschlag und sein unvermeidliches Schmelzen der Erde nicht mit dem übereinstimmen, was sie über die Geochemie wissen 24 . Es besteht die Hoffnung, dass die Geochemiker wahrscheinlich einen Weg finden werden, diese scheinbare Inkonsistenz zu umgehen.

Die Spaltungstheorie wurde erstmals 1879 von George Darwin vorgeschlagen. Er vermutete, dass der Mond von einer sich schnell drehenden Erde stammt, auf der die äquatoriale Gravitationsanziehung fast durch die Zentrifugalkraft überwunden wurde 15 . Die Resonanzeffekte der Sonnengezeiten erhöhen die Zentrifugalkraft, um die Schwerkraft zu überwinden und die Sonnengezeitenwölbung in unseren gegenwärtigen Mond zu trennen. Nach der Trennung wurde es durch die Übertragung von Rotationsenergie und Impuls durch die gravitative Wirkung der Gezeitenwölbungen der Erde an seine aktuelle Position getrieben 16 .

Das Argument ist einfach. Würde man die gesamte Masse und den Drehimpuls des Erde-Mond-Systems in einen einzigen Körper zurückführen, würde sich der Körper in vier oder fünf Stunden drehen 17 . Damit es sich auflöst, muss es sich viel schneller drehen. Daher hätte der Drehimpuls nach der Spaltungstheorie mehr als das Dreifache seines Gegenwartswerts betragen müssen 18 . Don Wise, ein Professor an der University of Massachusetts, und John O'Keefe schlagen vor, dass der einzige Weg, den Drehimpuls loszuwerden, darin besteht, anzunehmen, dass das gesamte System – insbesondere der Mond – nach der Spaltung viel Masse verloren hat, weil seiner geringeren Schwerkraft. Daher wäre zu erwarten, dass das unmittelbare Ergebnis der Spaltung zwei wild schwingende Körper sind. Diese Schwingungen könnten durch Fourier-Analyse der Summe vieler Wellen unterschiedlicher Perioden und unterschiedlicher Phasen dargestellt werden 19 . Aufgrund unterschiedlicher Periodizitäten würde es lange dauern, bis sie zur richtigen Zeit ausreichend nahe an der richtigen Phase oder Corotation 20 wären. Diese Schwingungen würden in der realen Welt schließlich aussterben und die Spaltungstheorie zu einer in der Geochemie und astronomischen Formationen nicht akzeptierten Theorie machen.

Abbildung 5 Bild von: http://burro.astr.cwru.edu/Academics/Astr221/SolarSys/lunaform.html

Abbildung 6: Eine Simulation der Eisbedeckung während der Vegetationszyklen auf der Erde. Der Einfluss des Mondes auf die Neigung der Erde erzeugt spezifische Bedingungen, die für das Wachstum der Vegetation günstig sind, letztendlich erzeugt durch Temperaturschwankungen. Bildnachweis gehört Reto Stöckli, NASA Earth Observatory Bild von: https://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=73884

Ein Mond gegen viele Monde: Die Auswirkungen auf die Erde

Der Mond ist weiterhin charakteristisch für den Nachthimmel auf der Erde und zieht Sternengucker und Astronomen auf der ganzen Welt an. Der Ursprung und Zweck des Mondes bleibt in den Köpfen der Mehrheit der Sternengucker, was vielleicht ein höheres Interesse und den Wunsch provoziert, den natürlichen Satelliten der Erde weiter zu erforschen. Viele der Planeten in unserem Sonnensystem haben natürlich umlaufende Satelliten. Das Einzigartige an der Erde ist jedoch, dass es nur einen Mond gibt. Woher wissen wir also, dass dies nur für die Erde charakteristisch ist? An examination of the advantages and disadvantages of having only one moon around Earth compared to the satellites of the other planets in our Solar System can support our knowledge of the Moon’s purpose and effect on Earth.

A key area of research as to why the terrestrial planets such as Earth have fewer moon’s than the Jovian planets is the incident formation of our solar system. A study into the factors of gravity, chemical incidence, and temperature have been proven as important factors in the number of natural satellites surrounding each of the planets, and currently contributes as to why Earth has one moon 25 . This theory explains the importance of the state of chemicals surrounding the planets in the formation of planetary satellites, especially in the furthermost planets. It is believed that during the formation of the solar system, much of the material around the Sun was in the gaseous state due to the high temperature, while the further areas included more solid particles such as ice 26 . These particles formed together to produce larger celestial objects, contributing to the large number of moons orbiting distant planets 27 .

One significant advantage to having only one moon is that the effects of it on Earth can be more readily observed and analyzed as any gravitational effect that is present is due to specifically the one moon, and not a combination of effects from others. The definition of a moon as a natural planetary satellite can cause confusion at times when analyzing the effects of our known moon, as pseudo-satellites, such as asteroids pulled into temporary orbit of the Earth, can also alter the effects experienced by Earth 28 .

Another advantage is that the Earth only varies its tilt by about one degree because of the gravitational pull of the Moon without it, it would vary by nearly 10 degrees 29 . It is also speculated that the tidal effect from the Moon is what stirred the ocean to induce modern biodiversity, especially in the era of single-celled microorganisms 30 . This is believed to be a factor due to the Moon’s mass, which is 1/81 that of Earth, while an average moon is usually approximately 3/10000 of its planetary mass 31 .

The gravitational pull from the Sun on Earth involves a correspondence with the mass of the Earth, but the moon actually contributes to the mass of the system, rather than specifically the mass of only Earth. A second moon would change the gravitational energy on Earth, altering tides and potentially creating violent volcanic activity 32 . The Earth’s tilt would change by approximately one degree, which accounts for a change in vegetation cycles during the seasons (Figure 1). A new moon could potentially change the lighting of Earth, resulting in either longer days or longer nights depending on the size of the Moon, which would have an effect on the ecosystems on the planet 33 .

The Earth and Moon: Fun Facts!

Earth’s one and only moon is the fifth largest out of all the natural satellites in the Solar System. Though Earth has just one Moon, there are also two small asteroids locked into orbit with Earth. These asteroids are known as 3753 Cruithne and 2002 AA29 and were discovered in 1986 and 2002 respectively (Figure 8). The average distance between the Earth and Moon is 3844043 kilometres with the Moon completing its orbit of the Earth about every 27 days. The Moon is slowly drifting away from Earth at a rate of approximately 3.8 centimetres every year and it is estimated to continue doing so for the next 50 billion years 34 . (Figure 8)

The effect of gravity is only about 17% as strong on the surface of the moon as it is on Earth, meaning that objects (including humans) are actually lighter on the Moon. The Earth’s ocean tides are largely caused by the Moon’s gravitational pull and the Moon itself, most scientists agree, features small amounts of water, while the surface of the earth is 70% water 35 .

The Moon, like the earth, is thought by scientists to have a molten core. The Earth is the densest planet in the Solar System. This density varies according to the part of the planet for example, the metallic core is denser than the crust. The average density of the Earth is approximately 5.52 grams per cubic centimetre where the moon is 3.34 grams per cubic centimetre. This means that the Earth and Moon’s compositions are very different, and the Earth is much larger 36 .

Unlike Earth, the moon has no atmosphere, meaning it is unprotected from cosmic rays, meteorites and solar winds, therefore causing huge temperature variations. The lack of atmosphere also means no sound can be heard on the Moon and the sky will always appear black 37 .

The Earth’s rotation is gradually slowing. This deceleration is happening incredibly slowly, at approximately 17 milliseconds per hundred years, although the rate at which it occurs is not always the same. This has the effect of lengthening our days, but it happens so slowly that it could be as much as 140 million years before the length of a day will have increased to 25 hours 38 .

The Earth is not actually round in shape its shape is known as a geoid. A geoid is defined as a model of global mean sea level, used to measure precise surface elevations. The Moon’s shape is also an imperfect sphere, as strong gravitational forces pull it in different directions. Scientists believe it “froze” in its current shape billions of years ago when it orbited much closer to the Earth 39 (Figure 9).


Can Earth host another natural satellite than the Moon? - Astronomie

  1. A bright moon &hellip like glistening silk &mdashAmy Lowell
  2. Curled moon &hellip like a feather &mdashDante Gabriel Rossetti
  3. Everything has in fact another side to it, like the moon &mdashG. K. Chesterton
  4. A full new-risen moon like a pale medallion &mdashHayden Carruth
  5. The moon had lost all its brilliance and looked like a little cloud in the sky &mdashLeo Tolstoy
  6. A half moon sailing like a moth up the drained blue sky &mdashJilly Cooper
  7. It looked like a ball of paper from the back pocket of jeans that have just come out of the washing machine, which only time and ironing would tell if it was an old shopping list or a five pound note &mdashDouglas Adams
  8. Bright moonlight lay against its [house] wall like a fresh coat of paint &mdashRaymond Chandler
  9. A little slice of moon, curved like a canoe &mdashHelen Hudson
  10. The moon as beautiful as a great camellia &mdashMax Beerbohm
  11. A moonbeam &hellip shimmers bright as a needle &mdashW. P. Kinsella
  12. Moon, bright as a lemon &mdashTom Robbins
  13. The moon burned like metal &mdashPat Conroy
  14. The moon, but half disclosed, was cut off as by a shutter &mdashJoyce Cary
  15. Moon curved like a rocker &mdashHelen Hudson
  16. The moon floats belly up like a dead goldfish &mdashMarge Piercy
  17. The moon follows the sun like a French translation of a Russian poet &mdashWallace Stevens
  18. The moon hangs like a neon scythe over the countryside &mdashW. P. Kinsella
  19. The moon hung above the yard like a cheap earring &mdashIsaac Babel
  20. The moon hung like a pale lamp above the rim of the bay &mdashWilliam Styron
  21. The moon is hidden by a silver cloud, fair as a halo &mdashChristina Rossetti
  22. The moon &hellip is like a cake of white soap &mdashJohn Phillips
  23. The moon leaned low against the sky like a white-faced clown lolling against a circus wall &mdashW. Somerset Maugham
  24. Moonlight drilling in through the window like a bit into coal &mdashRichard Wertime
  25. Moonlight &hellip dripped down like oil &mdashBernard Malamud
  26. The moonlight invaded the courtyard, until it looked like a field of untrodden snow &mdashStefan Zweig
  27. Moonlight so white that it looked like snow &mdashRuth Prawer Jhabvala
  28. A moon like a fallen fruit reversing gravity was hoisting itself above the rooftop &mdashRoss Macdonald
  29. The moon like a flower in heaven&rsquos high bower, with silent delight sits and smiles on the night &mdashWilliam Blake
  30. Moon like a monstrous crystal &mdashG. K. Chesterton
  31. The moon, like an eye turned up in a trance, filmed over and seemed to turn loose from its track and to float sightless &mdashEudora Welty
  32. Moon &hellip like a red-faced farmer &mdashT. E. Hulme

The complete line as it appears in a poem entitled Autumn: &ldquoI walked abroad and saw the ruddy moon lean over the hedge like a red-faced farmer.&rdquo


Der Mond

The Moon is the only natural satellite of Earth:

The New Solar System
Summarizes what we've learned from interplanetary explorations in the last 25 years. My primary reference for The Nine Planets.

Full Moon
Very high quality reproductions of Apollo images of the Moon. If you think the Moon is boring ("been there, done that") then you haven't seen this book!

The Once and Future Moon
An overview of what we know about our Moon, how we came to know it and how we might go back to learn more.

Called Luna by the Romans, Selene and Artemis by the Greeks, and many other names in other mythologies.

The Moon, of course, has been known since prehistoric times. It is the second brightest object in the sky after the Sun. As the Moon orbits around the Earth once per month, the angle between the Earth, the Moon and the Sun changes we see this as the cycle of the Moon's phases. The time between successive new moons is 29.5 days (709 hours), slightly different from the Moon's orbital period (measured against the stars) since the Earth moves a significant distance in its orbit around the Sun in that time.

Due to its size and composition, the Moon is sometimes classified as a terrestrial "planet" along with Mercury, Venus, Earth and Mars.

The Moon was first visited by the Soviet spacecraft Luna 2 in 1959. It is the only extraterrestrial body to have been visited by humans. The first landing was on July 20, 1969 (do you remember where you were?) the last was in December 1972. The Moon is also the only body from which samples have been returned to Earth. In the summer of 1994, the Moon was very extensively mapped by the little spacecraft Clementine and again in 1999 by Lunar Prospector.

The gravitational forces between the Earth and the Moon cause some interesting effects. The most obvious is the tides. The Moon's gravitational attraction is stronger on the side of the Earth nearest to the Moon and weaker on the opposite side. Since the Earth, and particularly the oceans, is not perfectly rigid it is stretched out along the line toward the Moon. From our perspective on the Earth's surface we see two small bulges, one in the direction of the Moon and one directly opposite. The effect is much stronger in the ocean water than in the solid crust so the water bulges are higher. And because the Earth rotates much faster than the Moon moves in its orbit, the bulges move around the Earth about once a day giving two high tides per day. (This is a greatly simplified model actual tides, especially near the coasts, are much more complicated.)

But the Earth is not completely fluid, either. The Earth's rotation carries the Earth's bulges slightly ahead of the point directly beneath the Moon. This means that the force between the Earth and the Moon is not exactly along the line between their centers producing a torque on the Earth and an accelerating force on the Moon. This causes a net transfer of rotational energy from the Earth to the Moon, slowing down the Earth's rotation by about 1.5 milliseconds/century and raising the Moon into a higher orbit by about 3.8 centimeters per year. (The opposite effect happens to satellites with unusual orbits such as Phobos and Triton).

The asymmetric nature of this gravitational interaction is also responsible for the fact that the Moon rotates synchronously, i.e. it is locked in phase with its orbit so that the same side is always facing toward the Earth. Just as the Earth's rotation is now being slowed by the Moon's influence so in the distant past the Moon's rotation was slowed by the action of the Earth, but in that case the effect was much stronger. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Mondes verlangsamt wurde, um seiner Umlaufperiode zu entsprechen (so dass die Ausbuchtung immer zur Erde gerichtet war), gab es kein außermittiges Drehmoment mehr auf dem Mond und eine stabile Situation wurde erreicht. The same thing has happened to most of the other satellites in the solar system. Eventually, the Earth's rotation will be slowed to match the Moon's period, too, as is the case with Pluto and Charon.

Actually, the Moon appears to wobble a bit (due to its slightly non-circular orbit) so that a few degrees of the far side can be seen from time to time, but the majority of the far side (left) was completely unknown until the Soviet spacecraft Luna 3 photographed it in 1959. (Note: there is no "dark side" of the Moon all parts of the Moon get sunlight half the time (except for a few deep craters near the poles). Some uses of the term "dark side" in the past may have referred to the far side as "dark" in the sense of "unknown" (eg "darkest Africa") but even that meaning is no longer valid today!)

The Moon has no atmosphere. But evidence from Clementine suggested that there may be water ice in some deep craters near the Moon's south pole which are permanently shaded. This has now been reinforced by data from Lunar Prospector. There is apparently ice at the north pole as well. A final determination will probably come from NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter, scheduled for 2008.

The Moon's crust averages 68 km thick and varies from essentially 0 under Mare Crisium to 107 km north of the crater Korolev on the lunar far side. Below the crust is a mantle and probably a small core (roughly 340 km radius and 2% of the Moon's mass). Unlike the Earth, however, the Moon's interior is no longer active. Curiously, the Moon's center of mass is offset from its geometric center by about 2 km in the direction toward the Earth. Also, the crust is thinner on the near side.

There are two primary types of terrain on the Moon: the heavily cratered and very old highlands and the relatively smooth and younger maria. The maria (which comprise about 16% of the Moon's surface) are huge impact craters that were later flooded by molten lava. Most of the surface is covered with regolith, a mixture of fine dust and rocky debris produced by meteor impacts. For some unknown reason, the maria are concentrated on the near side.

Most of the craters on the near side are named for famous figures in the history of science such as Tycho, Copernicus, and Ptolemaeus. Features on the far side have more modern references such as Apollo, Gagarin and Korolev (with a distinctly Russian bias since the first images were obtained by Luna 3). In addition to the familiar features on the near side, the Moon also has the huge craters South Pole-Aitken on the far side which is 2250 km in diameter and 12 km deep making it the the largest impact basin in the solar system and Orientale on the western limb (as seen from Earth in the center of the image at left) which is a splendid example of a multi-ring crater.

A total of 382 kg of rock samples were returned to the Earth by the Apollo and Luna programs. These provide most of our detailed knowledge of the Moon. They are particularly valuable in that they can be dated. Even today, more than 30 years after the last Moon landing, scientists still study these precious samples.

Most rocks on the surface of the Moon seem to be between 4.6 and 3 billion years old. This is a fortuitous match with the oldest terrestrial rocks which are rarely more than 3 billion years old. Thus the Moon provides evidence about the early history of the Solar System not available on the Earth.

Prior to the study of the Apollo samples, there was no consensus about the origin of the Moon. There were three principal theories: co-accretion which asserted that the Moon and the Earth formed at the same time from the Solar Nebula fission which asserted that the Moon split off of the Earth and capture which held that the Moon formed elsewhere and was subsequently captured by the Earth. None of these work very well. But the new and detailed information from the Moon rocks led to the Einschlag theory: that the Earth collided with a very large object (as big as Mars or more) and that the Moon formed from the ejected material. There are still details to be worked out, but the impact theory is now widely accepted.

The Moon has no global magnetic field. But some of its surface rocks exhibit remanent magnetism indicating that there may have been a global magnetic field early in the Moon's history.

With no atmosphere and no magnetic field, the Moon's surface is exposed directly to the solar wind. Over its 4 billion year lifetime many ions from the solar wind have become embedded in the Moon's regolith. Thus samples of regolith returned by the Apollo missions proved valuable in studies of the solar wind.


Origin and geologic evolution

Early speculation proposed that the Moon broke off from the Earth's crust due to centrifugal forces, leaving an ocean basin (presumed to be the Pacific Ocean) behind as a scar. Diese fision concept requires too great an initial spin of the Earth, and besides, the presumption of a Pacific origin is not compatible with the relatively young age of the oceanic crust at this locale. Others speculated that the Moon formed elsewhere and was captured into Earth's orbit. However, the conditions required for this capture mechanism to work (such as an extended atmosphere of the Earth for dissipating energy) are not too probable. Das coformation hypothesis posits that the Earth and the Moon formed together at the same time from the primordial accretion disk. In this theory, the Moon forms from material surrounding the proto-Earth, similar to the way in which the planets formed around the Sun. Some suggest that this hypothesis fails to adequately explain the depletion of metallic iron in the Moon. A major deficiency with all of these hypotheses is that they can not easily account for the high angular momentum of the Earth-Moon system.

Today, the giant impact hypothesis for forming the Earth-Moon system is widely accepted by the scientific community. In this theory, the impact of a Mars-sized body (which has been referred to as Theia or Orpheus) into the proto-Earth is postulated to have put enough material into circumterrestrial orbit to form the Moon. Given that planetary bodies are believed to have formed by the hierarchical accretion of smaller to larger sized bodies, it is now recognized that giant impact events such as this should be expected to have occurred for some planets. Computer simulations modeling this impact can account for the angular momentum of the Earth-Moon system, as well as the small size of the lunar core. Unresolved questions concerning this theory are (1) the relative sizes of the proto-Earth and impactor, and (2) whether the material that makes up the Moon was derived principally from the proto-Earth or impactor.

The formation of the Moon is believed to have occurred at 4.527 ± 0.01 billion years, which would imply that it formed only 30 to 50 million years after the origin of the solar system. The subsequent geologic evolution of the Moon was dominated principally by impact cratering, but also by mare volcanism. The lunar geologic timescale is divided in time based on a few prominent impact events, such as Nectaris, Imbrium, Eratosthenes, and Copernicus. While not all of these impacts have been definitively dated (and some ages are still being debated), they are useful for assigning relative ages based on stratigraphic grounds.

Most of the Moon's mare basalts erupted during the Imbrian period, around 3 to 3.5 billion years ago. Nevertheless, some dated samples are as old as 4.2 billion years old, and the youngest eruptions, based on the method of crater counting, are believed to have occurred only 1.2 billion years ago. Recently, it has been suggested that a roughly 3 km diameter region of the lunar surface was modified by a gas release event about a million years ago.


The Story Behind Earth's "Other" Moon And Its Completely Whacked Orbit

We all know and love the moon. We're so assured that we only have one that we don't even give it a specific name. It's just Der Mond. But the moon is not the Earth's only natural satellite. Here's what you need to know about 3753 Cruithne and what its weird orbit reveals about the solar system.

As recently as 1997, we discovered that another body, 3753 Cruithne, is a quasi-orbital satellite of Earth.

This simply means that Cruithne doesn't loop around the Earth in a nice ellipse in the same way as the moon, or indeed the artificial satellites we loft into orbit. Instead, Cruithne scuttles around the inner solar system in what's called a "horseshoe" orbit.

Cruithne's Weird Orbit

To help understand why it's called a horseshoe orbit, let's imagine we're looking down at the solar system, rotating at the same rate as the Earth goes round the sun. From our viewpoint, the Earth looks stationary. A body on a simple horseshoe orbit around the Earth moves toward it, then turns round and moves away. Once it's moved so far away it's approaching Earth from the other side, it turns around and moves away again.

Cruithne from a Stationary Earth Position

Horseshoe orbits are actually quite common for moons in the solar system. Saturn has a couple of moons in this configuration, for instance.

What's unique about Cruithne is how it wobbles and sways along its horseshoe. If you look at Cruithne's motion in the solar system, it makes a messy ring around Earth's orbit, swinging so wide that it comes into the neighborhood of both Venus and Mars. Cruithne orbits the sun about once a year, but it takes nearly 800 years to complete this messy ring shape around the Earth's orbit.

Cruithne Close Up

So Cruithne is our second moon. What's it like there? Well, we don't really know. It's only about five kilometers across, which is not dissimilar to the dimensions of the comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, which is currently playing host to the Rosetta orbiter and the Philae lander.

The surface gravity of 67P is very weak – walking at a spirited pace is probably enough to send you strolling into the wider cosmos. This is why it was so crucial that Philae was able to use its harpoons to tether itself to the surface, and why their failure meant that the lander bounced so far away from its landing site.

Given that Cruithne isn't much more to us at this point than a few blurry pixels on an image, it's safe to say that it sits firmly in the middling size range for non-planetary bodies in the solar system, and any human or machine explorers would face similar challenges as Rosetta and Philae did on 67P.

If Cruithne struck the Earth, though, that would be an extinction-level event, similar to what is believed to have occurred at the end of the Cretaceous period. Luckily it's not going to hit us anytime soon – its orbit is tilted out of the plane of the solar system, and astrophysicists have shown using simulations that while it can come quite close, it is extremely unlikely to hit us. The point where it is predicted to get closest is about 2,750 years away.

Cruithne is expected to undergo a rather close encounter with Venus in about 8,000 years, however. There's a good chance that that will put paid to our erstwhile spare moon, flinging it out of harm's way, and out of the Terran family.

It's Not Just Cruithne

The story doesn't end there. Like a good foster home, the Earth plays host to many wayward lumps of rock looking for a gravitational well to hang around near. Astronomers have actually detected several other quasi-orbital satellites that belong to the Earth, all here for a little while before caroming on to pastures new.

So what can we learn about the solar system from Cruithne? Quite a lot. Like the many other asteroids and comets, it contains forensic evidence about how the planets were assembled. Its kooky orbit is an ideal testing ground for our understanding of how the solar system evolves under gravity.

As I said before, it wasn't until the end of the 20th century that we even realized that bodies would enter such weird horseshoe orbits and stay there for such a long time. The fact they do shows us that such interactions will have occurred while the solar system was forming. Because we think terrestrial planets grow via collisions of bodies of Cruithne-size and above, this is a big new variable.

One day, Cruithne could be a practice site for landing humans on asteroids, and perhaps even mining them for the rare-earth metals our new technologies desperately crave. Most importantly of all, Cruithne teaches us that the solar system isn't eternal – and by extension, neither are we.

This article originally appeared at The Conversation and is republished here under a creative commons license.