Die beiden GRAIL-Sonden: Kartierung des verborgenen Inneren des Mondes

Eine Doppelmission zur Erforschung der Mondgravitation

Die MissionGRAL, 2011 von der ins Leben gerufenNASAZiel war es, Variationen im Mondgravitationsfeld mit beispielloser Präzision zu messen. Die beiden identischen Sonden Ebb und Flow wurden auf quasi kreisförmigen Polarbahnen platziert, um kleinste Dichteanomalien im Mondinneren aufzuspüren. Ihr Betrieb basierte auf der ultrapräzisen Messung des Abstands zwischen ihnen dank einer Mikrowellenverbindung, die auf Schwankungen in der Größenordnung eines Mikrometers reagiert.

Prinzip der differenziellen gravimetrischen Messung

Wenn eine der Sonden über eine dichtere Mondregion fliegt, erfährt sie eine etwas stärkere Anziehungskraft und beschleunigt. Diese relative Variation verändert den Abstand zwischen den beiden Satelliten, ein Abstand, der kontinuierlich durch Mikrowelleninterferometrie gemessen wird. Durch die Korrelation dieser Abstandsvariationen mit der Orbitalposition rekonstruierten Wissenschaftler eine globale Schwerkraftkarte des Mondes und enthüllten die innere Struktur mit beispielloser Auflösung. Das Prinzip basiert auf der Beziehung \(\Delta g = \frac{GM}{r^2}\), wobei \(\Delta g\) die Variation des lokalen Gravitationsfeldes darstellt.

Geophysikalische Ergebnisse und Entdeckungen

Die erhaltenen Karten ermöglichten es, die Dicke der Mondkruste auf 34 bis 43 km abzuschätzen, dünner als erwartet. Sie hoben auch ein komplexes Netzwerk von Brüchen unter den großen Einschlagsbecken hervor, was auf eine starre und gebrochene Kruste hinweist. Diese Daten lieferten wesentliche Hinweise auf die Differenzierung des Erdmantels und die Kristallisation des anfänglichen Mondmagmas sowie auf die thermische Entwicklung des Satelliten seit seiner Entstehung.

Tabelle der wichtigsten Orbitalparameter

Quelle :NASA – GRAIL-Missionsübersicht.

Wissenschaftliches Erbe

Das Prinzip der differenzgravimetrischen Messung leitet sich direkt aus dem Projekt abANMUT, entwickelt in den frühen 2000er Jahren vonByron Tapley(1936-) und seine Mitarbeiter. Beide Missionen zeigten, dass die Schwerkraft zu einem ebenso mächtigen Instrument zur Erforschung des Planeteninneren werden könnte wie die Seismologie.