Im Oktober 2017 feiert der Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) hundert Tage wissenschaftliche Datenerfassung auf dem Mond. Hundert Mondtage. Das sind 100 Möglichkeiten, um Veränderungen von Nacht zu Tag zu beobachten, die Oberfläche unter verschiedenen Sonnenwinkeln zu fotografieren, steigende und fallende Temperaturen zu messen und unter anderem die Reaktion bestimmter Chemikalien auf den täglichen Licht- und Temperaturzyklus zu untersuchen. Aber Sie fragen sich vielleicht…
Was ist ein Mondtag?
Was meinen wir, wenn wir sagen, dass LRO seit 100 Mondtagen auf dem Mond ist? Die kurze Antwort lautet: Ein Tag ist die Zeitspanne zwischen zwei Mittags oder Sonnenuntergängen. Das sind 24 Stunden auf der Erde, 708,7 Stunden (29,53 Erdentage) auf dem Mond. Wir können einen Tag auf dem Mond vorbeiziehen sehen, indem wir seinen monatelangen Phasenzyklus beobachten, und seit dem 16. Oktober 2017 hat LRO diesen Zyklus seit Beginn seiner Explorations- und Wissenschaftsmission am 15. September 2009 100 Mal beobachtet.
Aber wie so oft in der Astronomie ist die Situation eigentlich etwas komplizierter. Das Problem beginnt damit, dass man nur eine Definition des Wortes Tag festnagelt.An jedem beliebigen Ort auf der Erde ist ein lokaler Sonnentag die Zeit, die die Sonne braucht, um zum selben Punkt am Himmel zurückzukehren. Genauer gesagt definieren wir eine Linie am Himmel, den Meridian, der zwischen genau Nord und genau Süd verläuft und durch den Zenit (den geraden Punkt) verläuft. Lokaler Mittag ist die Zeit, in der die Sonne auf dem Meridian zentriert ist, und ein lokaler Sonnentag ist die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden lokalen Mittagsstunden.
Die Länge eines solchen Tages variiert das ganze Jahr über. Derzeit kann es bis zu 21 Sekunden kürzer oder 29 Sekunden länger als 24 Stunden sein. Diese Variation ist auf die Exzentrizität der Erdumlaufbahn (die Umlaufbahn ist eine Ellipse, kein Kreis) und die Schrägheit der Ekliptik (die Erdachse ist relativ zu ihrer Umlaufbahn geneigt) zurückzuführen.Damit wir unsere Uhren nicht ständig neu stellen müssen, ist es praktisch, einen mittleren Sonnentag zu definieren, den Durchschnitt des lokalen Sonnentages über ein ganzes Jahr. Ein durchschnittlicher Sonnentag ist genau 24 Stunden lang. Tatsächlich definieren wir eine Stunde als 1/24 eines mittleren Sonnentages.
Der mittlere Sonnentag kann nicht der Durchschnitt eines beliebigen Jahres sein. Die Exzentrizität und die Schrägheit variieren im Laufe der Zeit, und aufgrund der Präzession der Tagundnachtgleichen gleitet der Effekt der Schrägheit durch den Kalender und verstärkt und hebt den Effekt der Exzentrizität über Zehntausende von Jahren abwechselnd auf. Die Erde verlangsamt sich auch, hauptsächlich aufgrund von Gezeitenwechselwirkungen mit dem Mond.
Der mittlere Sonnentag ist der theoretische durchschnittliche lokale Sonnentag, der berechnet wird, indem die Exzentrizität, Schrägheit, Präzession und Rotationsrate auf die Werte am Mittag in Greenwich, England, am 31. Dezember 1899, unter Verwendung der Theorie der scheinbaren Bewegung der Sonne, die von Simon Newcomb in den 1890er Jahren entwickelt wurde, festgelegt wird.
Wir haben jetzt extrem genaue Atomuhren. Wir definieren die Länge einer Sekunde als eine bestimmte Anzahl von Wellen in der Strahlung eines Cäsiumatoms und sagen, dass ein mittlerer Sonnentag 86400 dieser Sekunden beträgt. Für die historische Kontinuität wurde die Anzahl der Wellen so gewählt, dass diese Sekunde 1/86400 des durch Newcombs Theorie definierten mittleren Sonnentages beträgt.Das Konzept eines Sonnentages kann auf andere Körper im Sonnensystem, einschließlich unseres Mondes, ausgedehnt werden. Ein mittlerer Sonnentag auf dem Mond, kurz Mondtag, beträgt 29,5306 Erdentage. Lokale Mondtage können sogar mehr als Sonnentage auf der Erde variieren, über 6 Stunden kürzer oder 7 Stunden länger als der Mittelwert. Die 100 Mondtage, die LRO im Oktober 2017 feiert, sind mittlere Mondtage.Da der Mond gezeitenbezogen mit der Erde verbunden ist, zeigt er der Erde immer das gleiche Gesicht. Dies bedeutet auch, dass es sich mit der gleichen Geschwindigkeit dreht, die es umkreist. Ein Mondtag dauert genau so lange wie eine vollständige Umlaufbahn relativ zur Sonne. Ein Mondtag entspricht auch einem vollständigen Zyklus der von der Erde aus sichtbaren Phasen, sodass ein Mondtag mit einem synodischen Monat identisch ist.
An dieser Stelle sollte es Sie nicht überraschen, dass es andere Arten von Tagen (siderisch, zum Beispiel) und Monaten (anomalistisch und drakonisch, um zwei zu nennen) gibt. Aber das ist eine Geschichte für ein anderes Mal.