WFS Wilhelm-Foerster-Sternwarte mit Planetarium
am Insulaner, Berlin


Der zweite Erdmond



Vorbemerkung

Alle bekannten Entstehungsszenarien des Erdmondes (Einfang, Fission, Kollision, Akkretion) liefern keinen Widerspruch zur Existenz weiterer Monde.
Für alle Szenarien bleibt die Frage: Warum sind keine kleinen Fragmente übrig geblieben?
Natürliche Satelliten müssen nicht schon seit Entstehung des Erde-Mond-Systems da sein.

Entstehungsszenarien, GIF, 400x345, 3kB

Die Suche nach dem Zweiten Erdmond

  • Unkoordinierte Suche 1846-1953
  • Systematische Suche ab 1953
  • Gezielte Suche ab 1956 (mit Ergebnis)
  • Beobachtungsbedingungen
  • Zusammenfassung
  • Gibt es weitere Erd-Monde?

    Unkoordinierte Suche 1846-1953

  • Erste Beobachtungsmeldung durch Frederic Petit am 21. März 1846.
  • Suche nach dem Zufallsprinzip.
  • Jeder sollte mit beliebigen Instrumenten jede beliebige Stelle am Himmel absuchen.
  • Intensive Suche durch Amateurastronomen aus Deutschland.
  • Beobachtungen und Berechnungen durch Waltemath (Hamburg) 1881, 1898.
  • Kein Nachweis eines weiteren Mondes.


    Systematische Suche

    Überlegungen dazu ab 1950.

  • Hintergrund: Fertigstellung und Start von künstlichen Satelliten stand unmittelbar bevor.
  • Wie konnte man sie beobachten?
  • Waren es künstliche oder natürliche Körper?

    Methode von Clyde Tombaugh:

  • Nachführung auf vermuteten Orbit eines Mondes.
  • Strichspuren auf langbelichteten Aufnahmen.
  • Nachgeführt wird auf den vermuteten Körper, da dieser offensichtlich lichtschwach ist.

    Schmidtkamera von Tombaugh:

  • Empfindlichkeit bis 14 mag.
  • Objekte bis 20 m Größe bei Mondentfernung erkennbar. (Bei Zusammensetzung wie Mondgestein)
  • Abdeckung: 6 Grad um den Äquator herum.

    K24-Kamera:

  • Nur 1/5 der Empfindlichkeit der Schmidt-Kamera.
  • Abdeckung der Aufnahmen jedoch bis 15 Grad um Äquator.

    Die Methode funktionierte.

  • Künstliche Satelliten ab 1957/58 wurden mit diesem Verfahren sofort gefunden.
  • Kein Nachweis eines weiteren Mondes.


    Gezielte Suche

  • Wo kann ein weiterer Mond sein?
  • Wie kann man ihn beobachten?
  • Bahnmechanischer Ansatz.
  • 3 Standardorbits und 5 Spezialfälle.


    Spezialfall 1: Mond um den Mond
    Mond mit Mond, GIF, 400x345, 2kB

  • Suche durch Pickering 1903-1922.
  • Kein Ergebnis.
  • Stabiler Orbit um den Mond ist nicht möglich. (Gravitationsfeld des Mondes ist zu "uneben")


    Spezialfall 2: Geostationärer Mond

  • Bahnparameter bekannt. 36.000 km Höhe.
  • Kein stabiler Orbit.
  • Auch Satelliten benötigen Kurskorrekturen.
  • Satelliten "wandern" zum Indischen Ozean.

    Spezialfall 3: Kurzlebige Monde

  • Einfangen durch "Aerobraking"
  • Angewandt bei der Venus-Sonde "Magellan".
  • Auch der "Mars Global Surveyor" benutzt Aerobraking, um seinen Orbit zu erreichen.
  • Streifende Meteoriten in der Erdatmosphäre.

    Spezialfall 4: Mond "einfangen"

  • Erde allein kann keinen Mond fangen.
  • Einfangen möglich mit Hilfe des Mondes.
  • Swing-by und Abbremsen durch Swing-by.

    Spezialfall 5: Trojanische Monde

  • Stabile Punkte 60 Grad vor und hinter der Bahn des zweiten Körpers.
  • Beispiel im Asteroidengürtel:
  • Trojanische Asteroiden auf der Jupiter-Bahn.
    Lagrange-Punkte, GIF, 400x380, 5kB

    Suche nach "trojanischen" Monden

  • Kordylewski (Krakow) 1951. Ohne Erfolg.
  • Wilkowski (Krakow) 1956:
  • Nicht nach festen Satelliten suchen!
  • "Staubwolke" ist eher zu erwarten.
  • KEIN Teleskop benutzen, nur mit dem Auge!


    Beobachtungsvoraussetzungen

  • Dunkle Nacht
  • Klarer Himmel
  • Mond unter dem Horizont
  • Mondbahn "hoch" am Himmel
  • 5 Tage vor bzw. nach Vollmond
    Position zweiter Mond, GIF, 300x285, 5kB
    2. Mond am Horizont, GIF, 300x222, 6kB


    Der Zweite Mond !

  • 1956: Visuelle Sichtung (Kordylewski,Polen)
  • 1961: Erste Fotos (Kordylewski,Polen)
  • 1967: Weitere Fotos (Simpson, USA)
  • 1975: Nachweis durch das Orbiting Solar Observatory OSO-6 bei 5000 A (J.Roach,USA)
  • 1990: Farbfilteraufnahmen (Winiarski,Polen)

  • Schwacher Lichtfleck, Größe etwa 2 Bogengrad. (4-facher Monddurchmesser)
  • Ort: Kann bis zu 10 Grad von den "trojanischen Punkten" wegwandern.
  • Helligkeit: Etwa halb so hell wie das Zodiakallicht.
  • Farbe: etwas rötlicher als das Zodiakallicht.

  • Wolke bewegt sich mit den Librationspunkten mit.
  • Librationspunkte liegen nur knapp über dem Horizont.
  • Wolke enthält evtl. auch kleine Meteorite. (2cm Durchmesser in Mondentfernung: 17mag)
  • Neue Existenzform interstellarer Materie.

    Beobachtungen von Kordylewski:

  • Beobachtungsort: Kasprowy Wiersch (1991 m hoch)
  • Beobachtung: 4-5 Tage vor/nach Vollmond.
  • 6.3.6119h 53.0m10h 25m11 Grad(1950)
    10h 50m13 Grad(1950)
    6.4.6122h 35.6m13h 40m-5 Grad(1950)
    14h 10m-4 Grad(1950)

  • Feststehende Kamera 11 min
  • Nachgeführte Kamera 12 min
  • Fotos derselben Gegend ohne Wolke. (Um Himmelshintergrund abzuziehen)


    Der zweite Mond: Kordylewski, 1961

    2. Mond (Kordylewski, 1961), GIF, 1143x616, 24kB

    Quelle: "Photographische Untersuchungen des Librationspunktes L5 im System Erde-Mond",
    Acta Astronomica, Vol.11, p.165-169, (Warzawa, 1961)


    Der zweite Mond: Simpson, 1966

    2. Mond (Simpson, 1966), GIF, 736x524, 64kB

    Quelle: "Dust Cloud Moons of the Earth",
    Physics Today, p.39-46, (New York, 2/1967)


    Der zweite Mond: Winiarski, 1990

    2. Mond (Winiarski, 1990), GIF, 571x363, 12kB

    Quelle: "Photographic Observations of the Clouds in the Neighbourhood of Libration Point L5 of the Earth-Moon System",
    Earth, Moon and Planets, Vol.47, no.2, p.193-215 (Nov. 1989)


    Beobachtungsaufruf

  • Bisher gibt es noch keine Veröffentlichung eines Fotos!
  • Es ist die Gelegenheit für den Amateur!
  • Äquatornahe Orte sind bevorzugt.
  • Dunkle Nacht und Mond unter dem Horizont erforderlich.
  • Belichtungszeit ca. 12 min. (Auch ohne Nachführung)
  • 4-5 Tage vor/nach Vollmond.

    An dieser Stelle soll es demnächst ein cgi-Script geben, mit dem die Ephemeriden für einen vorgegebenen Ort und Datum berechnet werden.


    Zusammenfassung

  • Orbits >8000 km mit Erdalter sind möglich.
  • Fragmente oberhalb von 300.000 km werden vom Mond aufgesammelt oder vertrieben.
  • Strahlungsdruck und elektromechanische Kräfte treiben Partikel deutlich kleiner als 1cm weg.
  • Es bleiben: Fragmente von 1 cm - 1000 m in stabilen Orbits zwischen 8000 und 300 000 km.

    Radarsuche (1985)

  • Untersucht wurden sämtliche Orbits bis 10.000 km Höhe.
  • Keine Objekte größer 5 cm bei 400 km
  • Keine Objekte bis 40 cm bei 10 000 km.
  • Satelliten > 20 cm bis 10.000 km und Umlaufzeiten kleiner als 1 Monat sind unwahrscheinlich.
  • Empfindlichkeit wie optische Suche
  • Rasche Zunahme künstlicher Satelliten.
  • Ca. 120 neue Satelliten pro Jahr. Ca. 1/3 leben länger als 10 Jahre.

    Optische Suche

  • Keine Objekte größer als 10 m bei 100 000 km und 60 m bei 300 000 km in Orbits zwischen 6 Grad und 15 Grad um Äquator und Ekliptik.
  • Es bleiben: Mögliche stabile Orbits zwischen 10 000 und 300 000 km.

    Aerobraking

  • Lebenszeit des eingefangenen Körpers bis zu einigen Jahren ist möglich.

    Gibt es weitere Erd-Monde ?

    Es gibt eine ganze Reihe weiterer Orte, in denen sich weitere (natürliche) Monde befinden könnten.

    L1-Punkt des Sonne-Erde-Systems
    Im L1-Punkt Sonne-Erde hat man u.a. die Satelliten "SOHO", "Wind" und "ACE" geparkt. Diesen Logenplatz in direkter Richtung zur Sonne erreicht der Sonnenwind etwa eine Stunde früher als die Erde und die Satelliten an dieser Stelle eignen sich neben ihrer wissenschaftlicher Aufgabe auch als Sonnenwind-Frühwarnstation.

    L4- und L5-Punkt des Sonne-Erde-Systems
    Auch die Lagrangepunkte L4 und L5 auf der Erdbahn sind gute Kandidaten. Aus Beobachtungen wissen wir, das Jupiter in diesen Punkten einige Hundert Trojaner-Asteroiden mit sich führt und 1990 fand man mit Eureka einen Asteroiden, der 60 Grad hinter dem Mars auf dessen Bahn läuft. Aus der Theorie wiederum wissen wir, das die L4- und L5-Punkte auch bei Saturn, Venus und der Erde stabil sind. Hier kann also noch gesucht und gefunden werden.

    Resonanzbahnen
    Bereits vor über 10 Jahren wurde erkannt, dass der Asteroid (1685) Toro, der 1948 vom Astronomen Wirtanen entdeckt wurde, eine sogenannte 8:5-Resonanz mit der Erde besitzt. Wenn die Erde 8 mal die Sonne umkreist, hat Toro genau 5 Umläufe hinter sich und kehrt damit periodisch wieder an die gleiche Beobachtungsposition zurück. Der minimale Abstand zum Asteroiden ist mit 19,5 Mio km gute 50 mal weiter entfernt als der Mond. Damit ist Toro aber kein wirklicher natürlicher Satellit der Erde, sondern lediglich ein Asteroid mit einer interessanten Bahn, die ihn alle 4 Jahre an die Erde heranführt.
    Eine solche Bahn besitzt auch der seit Juni 1997 oft zitierte Asteroid 3753. Die beiden Forscher Hinnanen und Mikkola fanden heraus, dass seine 1:1-Resonanz mit der Erde ihn in einer sogenannten Horseshoe-Bahn immer wieder in unsere Nähe kommen läßt. Diese Bahn soll für einige Millionen Jahre stabil sein, es ist jedoch immer noch unklar, wie der Asteroid eigentlich an diese Position hat kommen können. Sowohl 3753 als auch (1685) Toro haben jeweils ca. 5 km Durchmesser und kommen der Erde auf 40- bzw. 50-fache Mondentfernung nahe.

    Theoretischer stabiler Orbit um das Erde-Mond-System
    Eine bisher unbekannte Bahn, die für natürliche (und künstliche) Begleiter der Erde geeignet ist, veröffentlichten Hinnanen und Mikkola (die "Entdecker" von Asteroid 3753, s.o.) im Februar 1997. Als sie der Frage nachgingen, warum der Weltraum im inneren Sonnensystem (vom Merkur bis zur Erde) so leer ist, verteilten sie in einer Computersimulation per Zufallsprinzip einzelne Körper in diesem Raum und ließen "die Zeit vergehen". Dabei fanden sie zu ihrer Überraschung eine bisher nicht bekannte Bahn, die über lange Zeiträume hinweg stabil bleibt. Anders als die klassischen Lagrange-Punkte L1 bis L5 ist dies eine Ellipse, die entlang der Erdbahn um die Erde verläuft. Die lange Halbachse entspricht ca. 100 Mondentfernungen, die kurze Halbachse etwa deren 50. Obwohl theoretisch nachgewiesen, konnten auf ihr noch keine Begleiter gefunden werden.

    Neue Zusammenstellung von verschiedenen Erdmond-Typen
    Ein umfangreicher Artikel zu den bisher bekannten 50 Monden, die zumindest zeitweise die Erde umkreist haben, ist in der Zeitschrift "Astronomie und Raumfahrt", Nr.97 vom Februar 2007 erschienen. Artikel "Neues von den Erdmonden", Seite 11-14, von Wilfried Tost.
    Eine Zusammenfassung findet sich im Protokoll 495 der Gruppe Berliner Mondbeobachter, wo dieser Artikel in der Gruppe besprochen und diskutiert wurde.


    Beobachtungsmöglichkeiten

    Eine Tabelle mit Beobachtungszeiten gibt es auf der Datenseite der Gruppe Berliner Mondbeobachter. Für interessierte Beobachter kann auch eine Liste für einen speziellen Ort erstellt werden.

    Beobachtungsdaten, jpg, 311x200,
 28kB

    Neben der eigenen Beobachtung mit der Kamera gibt es eine ganze Reihe von möglichen Fundorten für den zweiten Mond. Die Frage lautet simpel: Wer oder welche Institution oder Einrichtung hat denn eventuell den zweiten Mond bereits beobachtet, ohne es zu ahnen? Es gibt einige systematische Durchmusterungen, die auf der Suche nach einem ganz anderen Phänomen quasi als "Abfallprodukt" die Position des zweiten Mondes mit erfaßt haben. Diese gilt es zu untersuchen...

    Vorhandene oder wachsende Datensammlungen:

  • Aufnahmen in den diversen Amateur-Archiven.
  • Aufnahmen in den diversen professionellen Sternwarten. (Durchforstung der Archive)
  • Himmelsdurchmusterungen. (POSS etc.)
  • Lunar-Orbiter-Aufnahmen: Diverse Aufnahmen mit Mondhorizont können "im Hintergrund" den L4- oder L5-Punkt enthalten.
  • Aufnahmen der GAUSS-Kamera während der D2-Mission. Hier wurde der Himmelshintergrund großflächig abgelichtet. (Prof. Schlosser)
  • Aufnahmen der Meteoriten-Überwachungskameras. Nachgeführte Kameras können bei guter Witterung auf der All-Sky-Aufnahme die L4/L5-Punkte enthalten.
  • Stardial-Projekt der Universität Illinois. Hier werden permanent und systematisch Aufnahmen in der Südrichtung gewonnen, die u.a. Aufnahmen des Mondes enthalten. Damit können hier auch die L4/L5-Punkte erfaßt worden sein. (http://www.astro.uiuc.edu/stardial/)
  • Aufnahmen von Bord eines Space-Shuttle oder anderer Raumfahrzeuge.

    Zukünftige Missionen oder Kampagnen:

  • Beobachtungen durch Amateure
  • Beobachtungen durch professionelle Sternwarten (z.B. Chile)
  • Beobachtungen durch die Raumstationen MIR bzw. SSI
  • Orbiter-Missionen um den Mond können gezielt "zur Seite" blicken
  • Lander-Missionen zum Mond mit ferngesteuerten Rovern können ihre Kamera gezielt auf den L4/L5-Punkt richten. Diese Position ist für den Rover am Himmel fixiert. Durch Langzeitbeobachtungen können damit sogar sämtliche Phasenwinkel für die Kordylewskischen Wolken untersucht werden.
  • "Besuch" der Lagrange-Punkte durch einen Sonnensegler (Solar Sail Spacecraft)
  • Raumsonde BW1 der Universität Stuttgart. Weiter Infos auf der Datenseite der Gruppe Berliner Mondbeobachter

    © Wilfried Tost, Wilhelm-Foerster-Sternwarte e.V. Juli 1997, August 1998, Mai 2007


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