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LUNAR RECONNAISSANCE ORBITER
Neues Modell der Mondoberfläche
Redaktion / Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
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22. November 2011

Er liegt zwar praktisch vor der Haustür, birgt aber noch immer so manches Geheimnis: unser Mond. Aus Aufnahmen der NASA-Sonde Lunar Reconnaissance Orbiter haben Mitarbeiter des DLR nun ein detailliertes 3D-Modell der Mondoberfläche erstellt, das die Höhenverhältnisse auf dem Erdtrabanten verdeutlicht. Es soll auch bei der Vorbereitung künftiger Missionen helfen.

Mondoberfläche

Farbig dargestellte Höhe der Mondoberfläche. Bild: NASA / GSFC / ASU / DLR [Großansicht]

Der Mond ist zwar bisher der einzige Himmelskörper außer der Erde, auf dem jemals ein Mensch gestanden hat - die Tiefen und Höhen seiner gesamten Oberfläche sind allerdings noch immer nicht umfassend erforscht. Seit Juni 2009 kreist deshalb die Sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) um den Mond und nimmt mit einer Weitwinkelkamera digitale Daten der kraterübersäten Oberfläche auf. Aus insgesamt 70.000 Bildern haben die Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) jetzt ein dreidimensionales digitales Mondmodell in einer bisher einzigartigen Präzision und Vollständigkeit erstellt und mit dessen Hilfe sogar einen Film erzeugt, der virtuelle Überflüge über den Erdtrabanten zeigt.

Die Landestellen von Apollo 11, 12 und 14 liegen auf der jetzt vorgestellten Ansicht mitten im ruhigen Blau. Blau, das bedeutet in den farbigen 3D-Darstellungen der Mondoberfläche niedriggelegenes ebenes Gelände. Erst mit den nachfolgenden Missionen wurden die Amerikaner mutiger, schickten ihre Astronauten beispielsweise mit Apollo 15 und 17 auch in Mondgebiete, die eine viel größere Herausforderung waren. In dem Modell des DLR-Instituts für Planetenforschung in Berlin-Adlershof sind diese Flächen grün dargestellt - diese Gebiete liegen etwas höher und sind nicht so flach wie die Ebenen der ersten Mondlandungen.

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Damit diese 3D-Darstellung möglich wurde, zeichnete die Weitwinkelkamera (LROC WAC) an Bord des Lunar Reconnaissance Orbiter aus 50 Kilometern Höhe auf. Anschließend wertete DLR-Projektwissenschaftler Frank Scholten vom Institut für Planetenforschung die 70.000 Stereo-Aufnahmen aus, verglich dabei mit speziellen Computerprogrammen Pixel für Pixel und berechnete mit den Informationen aus Aufnahmeort und Blickrichtung der Kamera etwa 100 Milliarden 3D-Punkte. Das Ergebnis: Rund 37 Millionen Quadratkilometer und somit über 98 Prozent der Mondoberfläche als 3D-Modell. Das entspricht mehr als dem Doppelten der Fläche Russlands.

Zwei Wochen Rechenzeit auf einem Verbund aus 40 Computern waren notwendig, um die aufwendigen Berechnungen durchzuführen. Die dazu erforderlichen Computerprogramme wurden zuvor am DLR-Institut für Planentenforschung entwickelt und bereits auf andere Planeten-Bilddaten, zum Beispiel für die MarsExpress-Mission, erfolgreich angewendet. Das Ergebnis, das so genannte GLD 100 (Global Lunar Digital Terrain Model), liefert im Abstand von 100 Metern auf der Mondoberfläche jeweils eine Höhenangabe. "In den letzten Jahren hat sich die Planetenforschung vorrangig mit anderen Planeten, zum Beispiel dem Mars, beschäftigt. Der Mond stand dabei eher im Hintergrund", erläutert Scholten.

Das Team um DLR-Planetenforscher Prof. Dr. Jürgen Oberst vermisst den Mond deshalb gleich mehrfach. Neben den Kameraaufnahmen werden auch Werte eines Laser-Instruments (LOLA, Lunar Orbiter Laser Altimeter), das die Höhe der Mondoberfläche mit einem Laserstrahl misst, mit dem GLD100-Höhenmodell verglichen. Beide Methoden ergänzen sich dabei: Das Laser-Instrument liefert sehr genaue Höhenprofile, deckt aber nur einen Teil der Mondoberfläche ab. Besonders in Äquatornähe gibt es noch Lücken von einigen Kilometern. Die Kameras an Bord des LRO-Orbiters gleichen diesen Nachteil aus, weil sie große Flächen lückenlos aufnehmen können. "Unser Höhenmodell wird Planetenforschern helfen, Fragen nachzugehen, für die eine genaue und vollständige Kenntnis der Topographie des Mondes wichtig ist", sagt Scholten.

Wissenschaftler wollen mit diesen Daten unter anderem untersuchen, ob es auch in den mittleren Breiten des Mondes tiefe Krater gibt, in deren permanentem Schatten zum Beispiel Wassereis vorkommen könnte - so wie in der Nähe der Pole. Das Höhenmodell stellt die unterschiedlichsten Oberflächenformen wie Berger, Krater oder Rillen deutlich dar. Die farbkodierte Ansicht zeigt die dritte Dimension – die Höhe – in Farben von blau (rund -9100 Meter) bis Rot/Weiß (rund 10.760 Meter).

Während die Vorderseite des Mondes mit ihren flachen Maren und den Apollo-Landestellen vor allem in blau und grün erscheint, zeigt sich die bisher nur wenig erforschte, von der Erde nicht sichtbare Mondrückseite mit ihren Hochländern in rot. Hier liegen sowohl der niedrigste als auch der höchste Punkt auf dem Mond. "Man sieht in dieser Darstellung sehr gut, wie riesig und tief das South-Pole-Aitken-Becken ist", erläutert Planetenforscher Ulrich Köhler vom DLR. Das Becken mit einem Durchmesser von etwa 2.500 Kilometern, das bisher größte bekannte Einschlagsbecken in unserem Sonnensystem, ist etwa 13 Kilometer tief - "und ist vielleicht ein Fenster in die Vergangenheit des Mondes, denn es könnte bis auf den ursprünglichen Mantel des Mondes reichen", sagt Köhler.

Mit den Daten des Höhenmodells können die Wissenschaftler auch nahe Überflüge über den Mond simulieren. Die "Rundflüge" um die Landestellen von Apollo 15 und 17 zeigen dabei deutlich, dass die Astronauten dicht an mehreren tausend Meter hohen Bergrücken landeten, um von dort aus den Mond zu erkunden. "Mit diesen Daten legen wir eine wichtige Grundlage für zukünftige Mondmissionen – seien sie bemannt oder unbemannt", betont Mondforscher Ulrich Köhler. "Die 3D-Mondkarten ermöglichen eine bessere Einschätzung von zukünftigen Landeplätzen."

Insgesamt sieben Instrumente fliegen an Bord der NASA-Sonde mit. Die beteiligten deutschen Mitglieder im LRO-Team werden über das DLR Raumfahrt-Management gefördert. Mit jeder neuen Umrundung des Mondes und jeder weiteren Aufnahme der Mondoberfläche verfeinern die Planetenforscher von nun an ihr bisheriges 3D-Modell des Erdtrabanten. "Jeden Monat decken wir den Mond einmal komplett mit der Kamera ab", erläutert Frank Scholten. "Diese Daten werden kontinuierlich in unser Modell eingerechnet, so dass wir immer mehr Details sichtbar machen können."

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