Wer bremst eigentlich den Mond?

Der Mond zeigt uns immer dasselbe Gesicht. Und das über lange Zeiträume hinweg. Somit dauert die Eigendrehung des Mondes exakt, also wirklich absolut exakt genauso lange wie sein Umlauf um die Erde? Die Wahrscheinlichkeit, dass so etwas zufällig geschieht, ist Null. Daraus folgt zwingend, dass es „etwas“ geben muss, das fortlaufend für diese absolute Synchronizität sorgt.

Zum besseren Verständnis wird im Folgenden auf Details, die nicht unmittelbar den dargestellten Gedankengang voranbringen, verzichtet. So wird z.B. nicht zwischen der siderischen und der synodischen Umlaufzeit unterschieden, die Flut auf der mondabgewandten Seite der Erde auch mit der Anziehungskraft des Mondes erklärt (das ist so nicht richtig!) etc., so nach dem Motto: was nicht direkt weiterhilft, kann gleich weg.

1. Der Mond und die Erde

Der Mond umkreist die Erde in derselben Zeit wie er sich einmal um seine eigene Achse dreht. Nur so sieht der Mond von der Erde aus betrachtet immer gleich aus, wenn man von den Mondphasen einmal absieht. In den Figuren 1 und 2 wird das grob veranschaulicht. Es steht immer dieselbe Mondoberfläche der Erde gegenüber, siehe auch Figur 3, wir können von der Erde aus keinen Blick auf die Rückseite des Mondes erhaschen. Doch warum ist das so?

 

Figur 2, geklaut von: https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Synchronous_rotation.svg

 

Figur 3, von Luc Viatour, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1254946

2. Gebundene Rotation

Die Wissenschaft spricht bei diesem Befund von einer gebundenen Rotation. Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Gebundene_Rotation legt dar, dass die Eigendrehung des einen, masseärmeren Himmelskörpers nicht unabhängig von der Umlaufperiode um den anderen Himmelskörper, sondern mit ihr gekoppelt ist. Die gebundene Rotation sei oft anzutreffen zwischen Monden und ihren Planeten. Der Erdmond ist in gebundener Rotation zur Erde, bei ihm war Gezeitenreibung die Ursache für seine Synchronisierung.

2.1 Gezeitenreibung

Der Mond rotierte ursprünglich in viel kürzerer Zeit um die eigene Achse als in einem Monat. Was ist Gezeitenreibung und wie kann man sich diese vorstellen? Dazu ein Zitat aus:

https://de.wikipedia.org/wiki/Gezeitenkraft#Gezeitenreibung_(Roche-Grenze_nicht_unterschritten)

„Durch Gezeitenkräfte verformen sich Himmelskörper, sie werden geringfügig auf der Linie durch ihren Schwerpunkt und den des anderen Körpers in die Länge gezogen. Rotiert der Himmelskörper, so wird er dabei „durchgewalkt“, ähnlich wie ein platter Reifen am Auto. Dadurch wird Rotationsenergie in Wärme umgewandelt; die Rotation verlangsamt sich dadurch so lange, bis sich eine gebundene Rotation einstellt.“

Der Mond drehte sich früher schneller um seine eigene Achse als er die Erde umrundete. Durch die Anziehungskraft der Erde beult sich die der Erde zugewandten Mondseite etwas zur Erde hin aus, ähnlich wie auf der Erde Ebbe und Flut entstehen. (Vergleiche Fig. 4 unten, dort werden die Gezeitenkräfte allerdings für die Erde dargestellt, für den Mond gilt aber genau das gleiche.)

Solange der Mond mehr als eine Umdrehung um seine Achse pro Monat macht, wird er dabei also durchgewalkt. Die dabei entstehende Reibung verbraucht die Rotationsenergie solange, bis es zu einer gebundenen Rotation kommt. So die Theorie.

Die Praxis lehrt: Wer einen Brotteig stark und schnell durchgewalkt kommt viel eher ins Schwitzen als jemand, der dies nur langsam tut. D.h., die Gezeitenreibung nimmt mit der Rotationsgeschwindigkeit ab und fällt sogar auf nahe Null, wenn sich der Mond kaum noch schneller um die eigene Achse dreht wie er das um die Erde tut.

Somit würde es aber „unendlich“ lange dauern, bis sich eine gebundene Rotation einstellt und der Mond der Erde immer genau denselben Oberflächenteil zeigt.

Glaubt man der Wissenschaft, hatte der Mond mehrere Milliarden Jahre Zeit, die gebundene Rotation zu erreichen. Das ist aus menschlicher Sicht auch schon fast „unendlich“ lange und man könnte das Thema jetzt auf die Seite legen, wäre dieser Zustand nun für alle Zeit statisch und unveränderlich. Aber genau das ist er gerade nicht und auch niemals gewesen!

3. Die fortwährende Dynamik von Mond und Erde

Figur 4, geklaut bei: https://de.wikipedia.org/wiki/Gezeitenkraft#/media/Datei:Gezeitenbremse_2.svg

In der Figur 4 ist oben hellgelb der Mond dargestellt, unten schematisch die braune Erde bedeckt mit einem Ozean aus Wasser in blau. Im statischen Fall (der Erdentag dauert genau einen Monat) würde die Flut (Anziehungskraft des Mondes) genau auf der Verbindungslinie Mond – Erde liegen. Da sich die Erde jedoch in einem Tag um sich selber dreht, der Mond für die Umrundung der Erde einen ganzen Monat benötigt, wird das Wasser durch die schnellere Erdrotation auf Grund der vorhandenen Reibung ein Stück in Drehrichtung mitgerissen, siehe Fig. 4.

Dieser Vorgang hat enorme Folgen, welche der Laie vielleicht nicht sofort einsieht. Ich bitte hier, auf die eigene Intuition zu vertrauen.

Wäre die Erde kugelrund, würde der Mond zum Massezentrum, also dem Erdmittelpunkt gezogen werden und alles wäre gut (und einzig die gleichzeitig vorhandene Zentrifugalkraft durch den Erdumlauf des Mondes hebt diese Kraft wieder auf). Diese Anziehungskraft wird durch die dünne, senkrechte Linie zwischen Mond und Erde in der Fig. 4 symbolisiert.

Jetzt ist die Erde aber auf Grund der Gezeitenkraft nicht nur eine Ellipse, durch die Eigenrotation der Erde und der Reibung des Wassers steht diese nicht in Richtung der Anziehungskraft des Mondes. Und jetzt ist nicht mehr alles gut.

Wegen dieser Ellipsenform der Erde in Fig. 4 wird der Mond zu keinem Zeitpunkt genau zum Massezentrum, also dem gedachten Mittelpunkt der Erd-Ellipse (welcher mit dem Mittelpunkt der Kugelerde zusammenfällt), hingezogen, sondern zu einem Punkt etwas weiter links in der Zeichnung 3, was durch den dicken, weißen Pfeil dargestellt wird.

[Für die ganz Harten da draußen die Erklärung: Die obere Flutwelle liegt näher am Mond, die untere weiter weg. Die Gravitationswirkungen auf den Mond der beiden Flutwellen heben sich aus Sicht des Mondes nicht auf, auch wenn sie einigermaßen symmetrisch erscheinen. Die Gravitationswirkung der oberen Flutwelle gewinnt gegen die unten, weil sie näher am Mond ist. OK?]

Ich beglückwünsche alle, die immer noch lesen! Ihr seid die Besten, euch kann man nix vormachen.

Der kurze rote Balken in der Figur 4 repräsentiert nun eine resultierende Kraft, die den Mond beschleunigt! Der Mond gewinnt also Bewegungsenergie auf Kosten der Erdrotation, die dadurch langsam abgebremst wird. Die Tage werden also länger, keine Angst, sind nur 17 μs pro Jahr laut Wissenschaft. Und das wird so lange passieren, bis die Erdrotation so weit abgebremst wurde, wie der Mond für einen Umlauf benötigt, die Erde also ihrerseits in eine gebundene Rotation mit dem Mond gelangt! Ja, die gebundene Rotation geht für für beide Himmelskörper. Erst „verliert“ der Leichtere und fällt in die gebundene Rotation, später (wegen dem größeren Massenträgheitsmoment) die Schwerere, bei ihr (der Erde) dauert das halt noch einmal deutlich länger.

Mit anderen Worten: es gab noch nie (!) eine statische Konstellation im Erde-Mond-System und sie wird sich frühestens dann einstellen, wenn die Erdrotation, wie gerade gesagt, abgebremst wurde. Aber das dauert … und kostet ;-)

Zitat aus: https://de.wikipedia.org/wiki/Mondbahn#S%C3%A4kulare_Akzeleration

„Die vom Mond auf den Erdozeanen aufgetürmten Gezeitenwellen werden von der Erdrotation seitlich versetzt, so dass sie nicht exakt in der Verbindungslinie Erde-Mond liegen und ihrerseits ein Drehmoment auf den Mond ausüben. Dieses Drehmoment führt dem Mond Drehimpuls und Energie zu, so dass er auf eine höhere, energiereichere Bahn gehoben wird, welcher aber nach dem Dritten Keplerschen Gesetz eine geringere Umlaufgeschwindigkeit entspricht.“

Der Mond gewinnt in seiner Umlaufrichtung um die Erde Energie, die Zentrifugalkraft ist also etwas stärker als die momentane Anziehung und der Mond vergrößert somit fortlaufend, wenn auch nur sehr gering, den Abstand zur Erde!

Wer aber größere Kreise zieht, der braucht auch länger für einen Umlauf – unsere Vorstellungskraft benötigt dazu nicht das 3. Keplersche Gesetz – oder?

Das hat jedoch zur Folge, dass die „Monate“ ganz langsam länger werden – einverstanden?

So, und jetzt kommen wir zum Titel dieses Aufsatzes, schnalle dich fest an: Wer bremst jetzt den Mond? Er rotiert ja immer ein ganz wenig zu schnell für die fortlaufend etwas höheren Umlaufbahnen. Und er verliert dadurch ständig die gebundene Rotation, die sich immerwährend neu einstellen müsste. Dabei dreht er sich aber von der Erde aus gesehen und wir sehen allmählich auch seine Rückseite.

Diese neue, überschüssige Eigenrotation kann nur durch die Gezeitenreibung abgebremst werden, aber auch für dieses Abbremsen durch die Gezeitenreibung muss sich der Mond schneller um die eigene Achse drehen als ein Monat dauert, d.h. wir sehen wieder die Rückseite des Mondes.

4. Fazit:

So oder so: es gibt keine „100% gebundene Rotation“, sie ist ein bisher nicht erreichter Idealfall. Selbst wenn er erreicht worden wäre, würde er forlaufend verloren gehen und müsste sich permanent neu einstellen. Wir werden daher

1. die Rückseite des Mondes irgendwann allmählich sehen oder
2. der Mond hängt an einem Siemens Lufthaken mit einem gewaltigem Drehanschlag

Mir ist schon klar, dass ich hier übertrieben darstelle und dass diese Bewegungen vielleicht Jahrtausende wenn nicht gar noch länger erfordern. Nur habe ich das bisher noch nirgends lesen können bei der Wissenschaft, dort ist nur von gebundener Rotation die Rede. Vielleicht mein Fehler.

Aber mir kommt es halt so vor, als sei die Wissenschaft im Weihrauch der statischen Erkenntnis („gebundene Rotation“) bereits vollkommen in Zufriedenheit betrunken und die Wahrheit ist trotzdem eine andere?

Ich vermute, die Bewegung des Mondes ist für ein Menschenleben viel zu langsam. Und die Wissenschaft versteckt sich hinter dem Schlagwort „gebundene Rotation“, um eine Erklärung für die Tatsache zu haben, dass wir ein Leben lang auf die selbe Mondoberfläche blicken, aber das erklärt bei weitem noch nicht alles, wie hier dargelegt.

Sollte der Mond jedoch tatsächlich gar nicht (aus der Sicht des Erdenbewohners) rotieren, hätten wir ein mehr als interessantes Problem vorliegen, wo wirklich sehr, sehr viel Erkenntnisgewinn auf uns wartet!

Einschränkend möchte ich hinzufügen, dass die bieherige Betrachtung den Einfluss weiterer Körper, wie z.B. die Sonne und deren Einfluss auf den Mond, nicht berücksichtigt hat.

 

Wer mehr weiß, den bitte ich um Erhellung per Email.