Rhythmen des Mondes - Geologische Zeugnisse aus alter Zeit

von Dr. Norbert Gasch

Unsere Erde besitzt einen großen Mond, und damit steht sie keineswegs allein. Bis auf Merkur und Venus, die beiden sonnennächsten Planeten, verfügen alle Trabanten der Sonne über Satelliten. In den letzten Jahren nahm ihre Anzahl geradezu inflationsartig zu; durch die Einführung von leistungsfähigen Detektoren wurden besonders um die Riesenplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun herum neue Monde entdeckt.

Generell gibt es im Sonnensystem verschiedene Arten von Monden. Die "regulären Monde" kreisen in der Regel in der Äquatorebene des jeweiligen Planeten auf ziemlich kreisförmigen Bahnen. Diese Monde sind nach heutiger Erkenntnis zusammen mit ihrem Planeten entstanden. Die größeren Monde der Planeten fallen mit wenigen Ausnahmen in diese Kategorie. Unter "irregulären Monden" versteht man hingegen solche, die seltsame Umlaufbahnen aufweisen. Oft kreisen sie retrograd - also "falsch herum" - um ihren Planeten, oft sind ihre Umlaufbahnen stark gegen den planetaren Äquator geneigt und mitunter sind ihre Bahnen sogar recht chaotisch und ändern sich im Laufe der Zeit merklich. Gerade Jupiter und Saturn besitzen Schwärme von Monden, die diese Charakteristika aufweisen, und es gilt als sicher, dass es sich bei diesen Trabanten um eingefangene Asteroiden handelt. Bemerkenswert ist dabei, dass diese irregulären Monde oft sehr klein sind - nur einige bis einige hundert Kilometer groß.

Ausnahmen von diesen Regeln sind der Neptunmond Triton, der Plutomond Charon und - der Erdmond!

Triton scheint auch ein eingefangener Körper zu sein, denn er umkreist seinen Planeten Neptun auf einer stark geneigten retrograden Bahn, also entgegengesetzt zur Drehung des Planeten; bei Pluto ist der Mond von vergleichbarer Größe wie der Planet und Pluto-Charon damit eher ein Doppelplanet als ein typisches Planet-Mond-Paar.

Und beim Erdmond? Zunächst ist der Erdmond im Vergleich zur Erde auffällig groß. Zum anderen kreist er keineswegs in der Äquatorebene der Erde, sondern auf einer Bahn, die gegen Äquator und Erbahn gleichermaßen geneigt ist. Deutliche Störungen durch die Schwerkraft der Sonne lassen die Mondumlaufbahn als ganzes in etwa 18,61 Jahren gegen die Erdumlaufbahn präzidieren. Dieser Effekt hat Folgen auf den Eintritt von Sonnen- und Mondfinsternissen und wurde auch dadurch entdeckt.

Die Herkunft des Mondes liegt im dunkeln. Es gibt eine Reihe von Hypothesen:

  1. Der Mond könnte zusammen mit der Erde entstanden sein; seine relative Größe, seine Bahnneigung und seine Zusammensetzung sprechen aber eher dagegen.
  2. Der Mond könnte sich in einem frühen Entwicklungsstadium des Sonnensystems von der Erde abgespalten haben, als deren Rotation, vielleicht durch Materieaufnahme, während ihrer Entstehung immer rascher wurde. Diese Theorie gilt als überholt, da eine Abspaltung von sich aus physikalisch nicht so recht erklärbar nicht.
  3. Der Mond könnte von der Erde eingefangen worden sein, wäre also früher ein selbständiger Planet gewesen. Für diese Theorie gibt es eine Reihe von Indizien, so die Bahnlage des Mondes, seine Größe, seine eigenartige vulkanologische Geschichte, in der vor etwa 3,5 bis drei Milliarden Jahren große Energiemengen durch heftigen Vulkanismus freigesetzt wurden. Es wird angenommen, dass diese Energie durch Gezeiteneffekte der Erde freigesetzt worden ist, die der Mond zu dieser Zeit auf einer vermutlich exzentrischen Bahn umkreiste. Dadurch wäre der Mond durch die Erdschwerkraft ständig in unterschiedlichem Maße verformt worden, bis sich seine Bahn von einer deutlichen Ellipse zur Kreisnähe verändert hätte. Die Verformung hätte im Mond große Mengen Wärme freigesetzt und zur Aufschmelzung von Mondgestein geführt. Die gewaltigen Vulkaneruptionen hinterließen die heute noch mit bloßem Auge sichtbaren "Mondmeere".
  4. En vogue ist die Hypothese, dass der Mond aus Materie entstand, die bei einer Kollision der jungen Erde mit einem Planetosimal, also einem planetaren Vorläufer von Marsgröße in den erdnahen Raum versprengt wurde. Innerhalb relativ kurzer Zeit könnten sich Schwaden dieser Materie zum Mond konkretisiert haben. Dafür sprechen die chemischen Differenzen im Aufbau des Mondes verglichen mit der Erde, die akute Wasserarmut seines Gesteins, die sich durch die zwischenzeitlich hohe Erhitzung des Materials während der Kollision erklärt und der vergleichsweise winzige Mondkern. Computersimulationen, oft leider in einer geschönten Form, geben Hinweise in diese Richtung und erklären den Mond als ein Produkt, das bevorzugt aus Mantelgestein des Kollisionspartners der Erde entstanden sein soll, während dessen Kern in die Erde hinabsank.

Altersbestimmungen von Mondgestein deuten auf ein Mindestalter von etwa 4,5 Milliarden Jahre hin, was auch dem Erdalter entspricht. Damit müsste die Kollision der Erde, die zur Mondentstehung geführt haben mag, oder auch der Einfang des Mondes sehr früh in der Geschichte des Sonnensystems angesiedelt sein.

Unangenehmerweise lässt sich derzeit keines der Szenarien belegen, und es ist auch fraglich, ob man das jemals können wird.

Zwei umeinander kreisende Himmelskörper bewegen sich infolge ihrer gegenseitigen Massenanziehung. Dabei ist die Bahngeschwinigkeit (grüne Pfleile) auf den einander zugewandten Seite geringer als auf den voneinander abgewandten, da die Kreisbahnen größere bzw. kleinere Radien haben.

Nach dem Newtonschen Gravitationsgesetz müsste es aber eigentlich genau umgekehrt sein: die einander zugewandten Seiten müssten schneller kreisen als die vonander abgewandten (violette Pfeile). Dieser Notwendigkeit kann natürlich ohne dass die Körper zerbrechen nicht nachgekommen werden. Als Folge treten Kraftüberschüsse auf. Die Trägheit erzeugt auf den voneinander abgewandten Seite eine Fliehkraft, auf den einander zugewandten bleibt etwas Schwerkraft übrig. Infolgedessen verformen sich beide Körper eiförmig.

Der Mond umkreist nun also die Erde und benötigt dafür rund 27,55 Tage. Neben seinem Phasenzyklus ist der auffälligste Effekt, den der Mond zeigt, sicherlich das Spiel der Gezeiten. Ihre Erklärung ist an sich ganz einfach (Abb 1). Stellt man sich zwei gleich schwere Körper vor, etwa zwei Planeten, die umeinander kreisen, so bewegen sie sich wegen der gegenseitigen Anziehungskraft um den gemeinsamen Schwerpunkt, der in diesem Fall genau in der Mitte liegt.

Die Geschwindigkeit, mit der die beiden Körper umeinander kreisen, ergibt sich aus dem Newtonschen Gravitationsgesetz. Exakt wird dieses Gesetz aber nur für die Planetenzentren erfüllt!

Da die Planeten eine Ausdehnung besitzen, ragen sie gewissermaßen über ihre Bahnen hinaus in Bereiche, wo sie eigentlich nach diesem Gesetz eine andere Umlaufgeschwindigkeit aufweisen müssten: auf weiteren Bahnen ist die Umlaufgeschwindigkeit kleiner, auf engeren höher. Die voneinander abgewandten Seiten der beiden Modellhimmelskörper kreisen nun eigentlich schneller, als sie müssten, weil sie eine weitere Bahn beschreiben als die Planetenzentren. Hier tritt eine Fliehkraftkomponente als Folge der Massenträgheit auf, die nach außen gerichtet ist. Im Gegensatz dazu kreisen die einander zugewandten Seiten nun langsamer, als sie eigentlich sollten, da sie eine engere Bahn beschreiben als die Planetenmitten. Infolgedessen überwiegt hier die Schwerkraft der jeweils anderen Komponente, und die zugewandten Seiten hängen gewissermaßen etwas durch. Beide Effekte zusammen führen zu zwei Kraftkomponenten, die entlang der Verbindungsachse beider Körper von deren Zentren weg wirken und führen zu einer ovalen Verformung. Es bilden sich zwei sogenannte Flutberge aus. Der Fliehkraftberg außen ist dabei generell etwas kleiner als der Schwerkraftberg innen. Es gibt übrigens nahe zusammenstehende Sterne, bei denen die Gezeitenwirkung dafür sorgt, dass diese Sonnen erkennbar eiförmig werden.

Bei Erde und Mond ist dies nun im Prinzip dasselbe, mit dem Unterschied, dass die Körper nicht gleichschwer sind und der Schwerpunkt etwas asymmetrisch im Erdinnern liegt, was die zeichnerische Darstellung erschwert.

Die Verformung der Erde durch den Mond wird nun dadurch erkennbar, dass das Wasser der Ozeane der Veränderung folgt. Es bilden sich zwei Flutberge aus, die unter dem Mond und genau entgegengesetzt liegen und ein ringförmiges Ebbetal quer dazu um die Erde herum von Pol zu Pol (Abb.2). Die Gezeitenwirkung ist nicht auf das Wasser beschränkt, das sei an dieser Stelle betont, nur ist das Wasser, im Gegensatz zur Erde selbst, flüssig und leichtbeweglich und folgt der Veränderung rascher als der starre Erdball.

Da sich die Erde um ihre Achse dreht, rotiert der Erdball nun unter den Flutbergen hindurch. Kompliziert wird das ganze durch die Kontinente, die der Bewegung des Wassers im Wege stehen und die im idealen Fall einfachen Flutberge zu einer Reihe von komplizierten Flutzonen zergliedern. Außerdem regt das Hin und Her des Wassers auch eine physikalische Schwingung des Ozeans an. Würden die Gezeiten schlagartig aufhören, dann würden Ebbe und Flut noch eine ganze Zeit weitergehen, bis die Schwingung abgeklungen ist; man vergleiche das mit dem Verhalten einer gefüllten Badewanne, deren Inhalt man durch rhythmisches Paddeln zum Hin-und-Her-Schwappen gebracht hat. Die exakte Berechnung der Gezeitenströmungen und Tidenhöhen ist wegen der komplizierten Form der Küsten und Meeresbecken ein aufwendiges mathematisches Problem.

Auch die Sonne löst nach denselben Gesetzmäßigkeiten Gezeiten aus, aber ihre Gezeiten sind kleiner als die durch Mond verursachten (Abb. 3). Damit gibt es auf der Erde vier Flutberge, zwei kleine gehen auf die Sonne zurück, zwei größere auf den Mond. Stehen Sonne und Mond im rechten Winkel zueinander, also zu Halbmond (der Astronom sagt auch: im ersten und letzten Viertel), so fallen die von der Sonne erzeugen Flutberge in das Ebbetal, das der Mond auslöst. In der Folge sind Ebbe und Flut auf der Erde schwächer ausgeprägt. Man nennt das Nippflut. Zu Vollmond und Neumond ziehen Sonne und Mond gewissermaßen an einem Strang, die Flutberge fallen aufeinander und Ebbe und Flut sind deswegen besonders ausgeprägt. Man spricht dann von einer Springflut. Die solaren Flutberge durchläuft man zweimal in 24 Stunden, die lunaren zweimal in 24,4 Stunden (der Mond kreist um die Erde und bewegt sich!). Innerhalb eines Phasenzyklusses des Mondes, das sind 29,53 Tage, kommen alle Kombinationen vor.

So weit, so gut.

Auf dem Mond gibt es natürlich auch Gezeiten, aber da kein Wasser vorhanden ist, sieht man keine Ebbe und keine Flut. Allerdings wird der Mond durch die Erdgezeiten verformt. Die Gezeiten, die die Erde auf dem Mond auslöst, sie um ein Vielfaches stärker als die lunaren Gezeiten auf der Erde. Das liegt an der deutlich größeren Erdmasse. Eine Folge dieser starken Gezeiten ist, dass die Rotation des Mondes schon in der Frühzeit des Sonnensystems so weit abgebremst wurde, dass der Mond der Erde stets dieselbe Seite zuwendet, also genauso schnell um die eigene Achse rotiert wie er um die Erde kreist. Man nennt dies gebundene Rotation, und dieses Verhalten trifft man bei fast allen Monden im Sonnensystem an.

Auch die Erde wird durch die Mondgezeiten abgebremst, und das ist auch auf den ersten Blick verständlich: die Verformung des Erdballs durch die Gezeiten erfolgt starr entlang der Verbindungslinie der Erde mit dem Mond. Die Erde muss sich nun unter dieser Verformung hinwegdrehen, so dass der Erdball ständig umgeformt wird. Diese Kneterei wandelt Rotationsenergie in Wärme um, und die Gezeiten wirken praktisch wie eine Backenbremse. In der Folge nimmt die Länge der irdischen Rotationsdauer langsam zu, bis sich Mond und Erde ständig dieselbe Seite zuwenden. Dann müssen sich beide Himmelskörper nicht mehr unter der Gezeitenverformung hindurchwälzen und die Bremsung hört auf.

Physikalisch betrachtet hat die Gezeitenbremse aber noch einen zweiten Effekt. Der Drehimpuls ist eine Größe, die erhalten bleibt. Allgemein besitzen nun Erde, Mond und Sonne je einen Rotationsdrehimpuls (Eigendrehung) und einen Bahndrehimpuls (Umlaufbewegung um den Schwerpunkt). Wird der eine kleiner, muss der andere größer werden, denn der Gesamtdrehimpuls bleibt konstant. Das hat folgende Auswirkung:

  • Mond und Sonne bremsen die Erdrotation, dadurch wachsen der Abstand Erde-Sonne und der Abstand Erde-Mond langsam an.
  • Mond und Erde bremsen die Sonnenrotation, dadurch wächst der Abstand Sonne-Erde/Mond langsam an.
  • Sonne und Erde bremsen die Mondrotation, dadurch vergrößert sich der Abstand Erde-Mond und Sonne-Mond.

Das Ganze ist auf den ersten Blick recht kompliziert, auf den zweiten stellt man fest, dass die Gezeiteneffekte im Erde-Mond-System dominieren und alle anderen vernachlässigt werden können. Der Erdbahnradius und die Sonnenrotation verändern sich damit über geologische Zeiträume kaum, der Abstand Erde-Mond und die Rotationsperioden von Erde und Mond hingegen merklich. Man sieht das daran, dass der Mond bespielsweise gebunden um die Erde kreist, also der Erde ständig dieselbe Seite zuwendet, nicht aber der Sonne.

Die Rotation eines Planeten, hier bspw. die Erde (links) zieht die Flutberge etwas aus der Verbindungsachse mit dem Mond. Die beiden Flutberge ziehen den Mond nun zusätzlich ein wenig an, wobei der mondseitige Flutberg das wegen der geringeren Distanz stärker vermag. Dieser läuft nun etwas voran. In der Folge wird der Mond beschleunigt und entfernt sich langsam vom Planeten.

Dieser Fall gilt immer dann, wenn der Mond in derselben Richtung um den Planeten kreist wie dieser sich dreht und der Planet schneller rotiert als der Mond kreist (oben).

Erfolgen Rotation des Planeten und der Mondumlauf in entgegengesetzte Richtungen, oder kreist der Mond schneller als der Planet sich dreht, so geht der mondnähere Flutbahn etwas nach und bremst den Mond ab, der sich dadurch dem Planeten nähert (mitte).

Wenden sich beide Himmelskörper immer dieselbe Seite zu, bleiben die Flutberge genau auf der Verbindungsachse und es findet kein Drehimpulsaustausch statt.

Die Übertragung von Drehimpuls auf den Mond führt also dazu, dass sich der Mond von der Erde entfernt. Dies erklärt Abb. 4 schematisch. Durch die Erdrotation schleppt unser Planet die Flutberge nämlich etwas aus der Verbindungslinie Erde-Mond. Die Folge ist, dass der zugewandte Flutberg den Mond etwas stärker anzieht und beschleunigt als der abgewandte Flutberg bremst - eine Folge der Distanz. Dadurch wird der Mond auf seiner Bahn schneller und steigt entsprechend dem Newtonschen Gesetz in eine höhere Umlaufbahn. Dieser Aufstieg raubt dem Mond kinetische Energie, diese wird in potentielle Energie umgewandelt - auf der weiter entfernten Bahn kreist er nun langsamer. Das ist vergleichbar mit dem Heben einer Einkaufstasche, was auch Energie erfordert.

Dieser Effekt kann immer beobachtet werden, wenn sich Mondumlauf und Planetenrotation in derselben Richtung erfolgen und wenn sich dabei der Planet schneller dreht als der Mond kreist. Das ist bei fast allen Monden der Fall.

Beim Neptunmond Triton hingegen ist die Umlaufbewegung umkehrt und der Marsmond Phobos kreist schneller, als sich der Mars dreht. Hier gilt jetzt das Umgekehrte, da die Flutberge spiegelbildlich angeordnet sind: diese Monde sinken im Laufe der Zeit immer weiter ab und können - entsprechende Zeiträume vorausgesetzt - sogar auf ihren Planeten abstürzen!

Um 1695 fiel Edmond Halley auf, dass damals gegenwärtige und historische Sonnenfinsternisse nicht in Einklang zu bringen waren. Halley vermutete eine langsame Beschleunigung des Mondumlaufs, ohne sich aber den Grund dafür erklären zu können. Immanuel Kant lieferte 1754, ohne von Halleys Überlegungen Kenntnis gehabt zu haben, nun die Überlegung, dass die Gezeitenströmungen im Meer Kräfte auf den Meeresboden und vor allem die Kontinenalschelfe übertragen müssten. Seine Idee von einer Verlangsamung der Erdrotation wurde merkwürdigerweise von Laplace, einem führenden Mathematiker und Astronomen dieser Zeit, zurückgewiesen, da dieser die daraus folgenden Veränderungen der Umlaufbahnen im Sonnensystem nicht feststellen konnte - sie lagen für damalige Verhältnisse jenseits der Nachweisbarkeit - und stattdessen eine Theorie der Veränderlichkeit der Erdbahnform aufstellte. Erst 1848 beschrieb Tobias Mayer den Zusammenhang vollständig.1865 griff Delauny die Idee wieder auf und bis heute wurden mosaiksteinchenartig immer neue Indizien zusammengetragen, dass die Erdrotation nachläßt und sich der Mond von der Erde entfernt.

In der Gegenwart lässt sich mit Hilfe von Lasern auf der Erde und von den Astronauten auf dem Mond zurückgelassenen Spiegeln einfach messen, dass sich Erde und Mond langsam voneinander entfernen, da man die Distanz auf Zentimetergenauigkeit bestimmen kann. Außerdem ist messbar, dass die Erdrotation langsam abnimmt.

Selbst wenn die Erdrotation nur etwa zwei Millisekunden pro Jahrhundert nachlässt, so führt die durch die Summierung zu bemerkenswerten Effekten. Innerhalb von Jahrhunderten geht die Erde nämlich im Minutenbereich nach und im Laufe von Jahrtausenden im Stundenbereich. Vergleicht man Beobachtungen von Sonnenfinsternissen aus der Antike oder dem frühen Mittelalter mit Rückrechnungen auf der Basis der heutigen Erdrotation, so liegen die berechneten Wege des Mondschattens zum Teil bemerkenswert falsch, weil sich die Erde - aus heutiger Sicht - deutlich weiter gedreht hat als zu erwarten wäre. Eine am 15. April 136 v. Chr über Babylon beobachtete totale Sonnenfinsternis hätte, nach "heutiger Erdrotation" berechnet, über Mallorca stattgefunden und wäre in Babylon nur als partielle beobachtbar gewesen.

Erst recht summiert sich der Effekt über die Jahrmillionen, nur gibt es hierfür natürlich keine direkten Zeugen. Glücklicherweise finden sich aber andere Hinweise. So zeigt das Wachstumsverhalten bestimmter Korallen die Merkmale von Jahresringen, die weiter unterteilt sind in Strukturen, die man als Tages- und Monatsringe ansehen kann. Sie ergeben sich vermutlich durch Veränderungen des Wasserstandes oder dem Gehalt an Nährstoffen als Folge der Gezeiten. Auch Stromatolithe, urtümliche knollenartige Algenkolonien, zeigen ein derartiges zyklisches Wachstum. Von besonderem Interesse sind gezeitenbeeinflusst abgelagerte Sedimente, sogenannte Rhythmite und Tidalite, in denen lamellenartige Bänderungen auftreten, die das Ablagerungsverhalten während der Gezeitenabläufe dokumentieren. In den 60er und 70er Jahren konnte man das Rotationsverhalten der Erde immerhin bis ins Trias (250 Mio Jahre), später sogar bis ins Perm (290 Mio Jahre) und Devon (410 Mio Jahre) zurückverfolgen [1]. Derzeit sind solche Daten bis etwa 2,4 Milliarden Jahre in die Vergangenheit hinein erhältlich [2], womit die belegte Spanne natürlich wesentlich größer wird. Bei der Interpretation ist natürlich Vorsicht geboten, da manche Korallen mitunter zusätzliche Laminationen zeigen, andere zu wenige und auch die Rhythmite gelegentlich im Bereich der Nippflut-Zeiten schwache oder fehlende Ablagerungen aufweisen, da die Tidenströmungen dann nur gering sind. Auch können regionale Effekte dem ganzen überprägt sein.

In den letzten 40 Jahren wurden durch neue geologische Befunde deutliche Fortschritte in der Interpretation des Abstandes des Mondes von der Erde möglich. In den 60er Jahren, als nur Daten zur Verfügung standen, die bis in die Silurzeit reichten und überdies stark streuten, ergaben Berechnungen, dass der Mond vor etwa 1,5 Milliarden Jahren lächerlich dicht um die Erde gekreist wäre (violett). Funde in der Elatina-Formation (620 Mio Jahre) und korrigierte Daten der Big Cottonwood-Rhythmite (920 Mio Jahre) ergeben ein verbessertes Bild (orange Kurve), münden aber ebenso in einen fragwürdigen Bahnzustand. Verschiedene Big Cottonwood-Proben zeigen unvollständige gezeitenbedingte Lamellen und geben ein falsches Bild (rot). Die am weitesten zurückreichenden Funde aus der Weeli-Wolli-Formation in Australien (ca. 2,45 Mia Jahre!) und Kasachstan (2,0 Mia Jahre) ergeben einen realistischen Kurvenverlauf (grün). Selbst innerhalb der Fehlergrenzen (grau unterlegt) war der Mond der Erde niemals extrem nahe [nach 2].

Alles in allem ergibt sich folgendes Bild: Die Erdrotation hat über die letzten Jahrmilliarden kontinuierlich und deutlich abgenommen, gleichzeitig hat sich der Mond merklich von der Erde entfernt (Abb 5). Vor 2,45 Milliarden Jahren lag die Länge des Sonnentages bei etwa 17,1 Stunden. Der Mond kreiste damals in 23,2 heutigen Tagen um die Erde, wobei er 332.000 Kilometer von der Erde entfernt war. Vor 900 Millionen Jahren dauerte der Sonnentag 18,9 Stunden, vor 620 Millionen Jahren 21,9 Stunden.

Als zweites Element ergeben die Daten, dass die Drehung der Knotenlinie, die heute 18,61 Jahre dauert, damals vor 2,45 Milliarden Jahren 23,3 Jahre in Anspruch nahm, was himmelsmechanisch stimmig ist und gutes zusätzliches Indiz.

Frühere Betrachtungen zu diesem Thema, insbesondere für die Zeit um 900 Millionen Jahren in der Vergangenheit, basierten mitunter auf Daten, die sich durch offensichtlich verkürzte Lamellenlagen in den Rhythmiten ergeben haben. Dieser systematische Fehler, er fand sich in Tidaliten aus der Big-Cottonwood-Formation (Utah, USA), deutete einen deutlich verkürzten Sonnentag und eine deutlich geringere Monddistanz zur Erde an, die in das Problem münden, dass sich der Mond vor etwa zwei bis drei Milliarden Jahren sich in einer extrem geringen Erddistanz hätte aufhalten müssen. Mit anderen Worten: der Mond hätte praktisch an der Erde geklebt. Das führte zu einem Erklärungsnotstand zu der Frage, wieso es keine Spuren für die dann extremen Gezeiten zu geben scheint, die seine extreme Nähe verursacht hätte [3].

Die aktuellen Daten zeigen hingegen an, dass sich der Mond auch vor 4,5 Milliarden Jahren bereits in größerem Erdabstand aufgehalten haben sollte, und zwar zwischen wenigstens 192.000 und längstens 340.000 Kilometern. Dieses Eregbnis verdankt G.E. Williams hauptsächlich aktuellen Auswertungen von Tidaliten aus der Weeli-Wolli-Formation (Westaustralien). Anhand verschiedener Daten läßt sich die Entwicklung von Tageslänge und der Anzahl von Tagen im Jahr nun besser abschätzen (Abb. 6 und 7).

Die Daten verschiedener Untersuchungen von Wachstumsringen an Meerestieren aus Abb. 6 oder gezeitenbedingt geschichteten Sedimenten lassen eine grobe Abschätzung des Rotationsvehaltens der Erde zu. Hier sind die Tageslänge des Sonnentages (blau) und die Anzahl der Sonnentage im Jahr (rot) in Abhängigkeit von der verflossenen Zeit dargestellt.

Vor etwa 4,5 Milliarden Jahre mag die Erde sich in etwa acht Stunden um die eigene Achse gedreht haben; diese Annahme basiert auf Berechnungen zur Planetenentstehung, Messwerte gibt es dafür natürlich keine. Das hätte damit etwa 1100 Tage umfasst Über die Rhythmite der Weeli-Wolli-Formation ergeben sich Tageslängen von etwa 17,1 Stunden für Zeiten vor 2,54 Milliarden Jahren. Damit hätte das Jahr rund 515 Tage gezählt. Vor 900 Millionen Jahren zählte der Tag etwa 20,8 Stunden und das Jahr 423 Tage. In der jüngeren Vergangenheit sind die Fehler deutlich geringer.

Die Gezeitenabbremsung ist leider ein Effekt, der schwer vorherzusagen ist, da er von einer Reihe von Faktoren abhängt, so der Verformbarkeit der Erde und der Verteilung der Kontinente, die die Reibung durch die Meeresgezeiten bestimmt. Diese Faktoren ändern sich im Laufe der Zeit beispielsweise durch die Kontinentaldrift langsam aber fortgesetzt. Gegenwärtig entfernt sich der Mond 3,82 Zentimeter pro Jahr von der Erde, und dieser Wert ändert sich unvorhersagbar im Laufe der Zeit. Im Präkambrium mag er nur 1,24 Zentimeter pro Jahr betragen haben und gemittelt über die bisher zugänglichen Zeiträume 2,14 Zentimeter/Jahr.

Interessant ist dieses Ergebnis im Hinblick auf die Mondentstehung. War der Mond immer in großer Erdferne, so wird seine Entstehung als Folge eines Impakt-Szenarios eher unwahrscheinlich. Einen Einfang des Mondes als ehedem unabhängiger Planet setzt indessen keine extreme Erdnähe voraus.

In der Zukunft wird sich der Mond nun immer weiter von der Erde entfernen. Das wird solange dauern, bis Erde und Mond sich ständig dieselbe Seite zuwenden und, wie der Astronom sagt, doppelt gebunden umeinander kreisen, wie das heute schon Pluto und sein Mond Charon tun. Etwaige Drehimpulsverluste durch Sonne-Erde-Wechselwirkungen einmal vernachlässigt, wird der Mond dann rund 554.000 Kilometer von der Erde entfernt sein und sich die Erde wie der Mond einmal in 47,7 Tagen um die eigene Achse und umeinander drehen. Von Sonnenaufgang bis Sonnenaufgang* wird eine Zeit von 54 Tagen und 12 Stunden verstreichen und das Jahr nur noch 6,7 Tage aufweisen. Und wann wird das sein? Irgendwann in 15 Milliarden Jahren. Wir werden es also nicht mehr erleben.

 

*Anmerkung: Die Rotationsperiode eines Himmelskörper ist der Sterntag. Er beträgt gegenwärtig für die Erde 23h 56m; der Sonnentag dauert etwas länger, da die Erde während ihrer Tagesdrehung auch um die Sonne wandert. Gegenwärtig beträgt der Unterschied 4 Minuten.

[1] Paleontological Evidence of the Earth´s Rotational History since early Precambrian, G.Panella, Astrophysics and Space Science, 1972, S 212-237.

[2] Geological Constraints on the Precambrian History of Earth´s Rotation and the Moon´s Orbit, G. E. Williams, Reviews of Geophysics 2000, S. 37-59

[3] Late Proterozoic and Paleozoic Tides, C.P. Sonett, E.P. Kvale, A. Zakharian, M.A. Chan, T.M. Demko, Science, Vol 237 (5. Juli 1996) S. 100-103.

[4] Fossile Bivale shells indicate longer month and year in Cretaceous than present, W.B. Berry, R.M. Barker, Nature Vol 217, 1968, S. 938-939.

[5] Periodic Grow Features in Fossil Organism in: Tidal Friction and the Earth´s Rotation, hrgg. von P. Brosche, J. Sündermann, Springer.-Verlag New York 1978, S. 154-196.

[6] Possible Use of Algae Stromatolithe Rhythms in Geochronology, A. McGugan, Spec. Pap. Geol, Soc. Am., Vol 115, 1968, S. 145.

[7] Problems of Annual and Daily Growth-rings in Corals, J.W. Wells, Paleogeophysics, hrsgg. v. S.K. Runcorn, Academic, San Diego, S. 3-9.

[8] Length of the Year during the Silurian and Devonian Periods, S.J. Mazullo, Geol.Soc. Am. Bull., Vol 82, 1971, S. 1085-86.

[9] Stromatholithes and Earth-Sun-Moon Dynamics, J.P. Vanyo, S.M. Awramik, Precambrian Res. Vol 29, 1985, S 121-142.

Wissenswertes zum Mond auf Astronomie.de

Mondbeobachtung

Kein ein Objekt wirkt beim ersten Blick durch ein Teleskop so beeindruckend wie unser Mond. Schon ein kleines Fernrohr zeigt unzählige Krater, und die Mondmeere lassen sich sogar mit dem bloßen Auge beobachten.

Erfahren Sie alles zur Mondbeobachtung

Mond fotografieren

Der Wunsch, Astrofotografie zu betreiben, ist weit verbreitet - leider stellen die Deep-Sky-Objekte mit den nötigen langen Belichtungszeiten sehr hohe Ansprüche an die Montierung und die Nachführung des Teleskops. Beim Mond können Sie dagegen schon mit wenig Geld schöne Ergebnisse erzielen, wenn Sie bereits ein Teleskop und eine geeignete Kamera besitzen.

Erfahren Sie alles zur Mondfotografie

nach oben

Anzeige