Quelltext der Seite Lunar Laser Ranging

[[Datei:Apollo 11 Lunar Laser Ranging Experiment.jpg|mini|Retroreflektor der Apollo-11-Mission]]

Beim '''Lunar Laser Ranging''' (kurz: '''LLR''') werden, von Bodenstationen auf der Erde ausgehend, [[Laufzeitmessung]]en von [[Laserpuls]]en zu [[Retroreflektor]]en auf dem [[Mond]] und zurück durchgeführt. LLR-Messungen liefern Informationen zum [[Erde-Mond-System]], zur [[Mondrotation]] sowie zur Überprüfung der [[Gravitation]]sphysik.

Gegenwärtig liegt die Genauigkeit der Messungen der Erde-Mond-Distanz bei einigen Zentimetern. Dieser Abstand beträgt im zeitlichen Mittel rund 384.400&nbsp;km.

== Reflektoren auf dem Mond ==
[[Datei:Replika Laserreflektor Apollo 11 Science Museum.jpg|mini|Replik des Reflektors der Apollo-11-Mission im [[Science Museum]] in [[London]]]]
Retroreflektoren haben die Eigenschaft, ankommendes Licht genau in dieselbe Richtung zurückzuwerfen, aus der die Strahlung kommt. Die zurzeit verwendeten Retroreflektoren bestehen aus bis zu 300 [[Retroreflektor|Tripelprismen]] von jeweils 4&nbsp;cm Durchmesser, die auf einem Aluminiumrahmen montiert sind. Für die Herstellung der Prismen für die Reflektoren der [[Apollo-Programm|Apollo-Missionen]] wurde ein hochtemperaturfestes [[Quarzglas]] mit einem besonders niedrigen [[Brechungsindex]] verwendet. Die Entwicklung des Glases und die Herstellung der Prismen wurde von der Firma [[Heraeus (Unternehmen)|Heraeus]] in [[Hanau]]<ref name="Mond-Reflektor-FR-14072019">{{Internetquelle |url=https://www.fr.de/wissen/mondlandung-hanauer-reflektoren-beweis-dass-astronauten-oben-waren-12813184.html |autor=Pamela Dörhöfer |titel=Hanauer Reflektoren auf dem Mond: „Der beste Beweis, dass Astronauten oben waren“ |werk=[[Frankfurter Rundschau]] |datum=2019-07-14 |abruf=2023-02-09}}</ref><ref name="Mond-Reflektor-Spiegel-30072019">{{Internetquelle |autor=Christoph Seidler |url=https://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/laserreflektoren-auf-dem-mond-die-anti-verschwoerungstheorie-maschinen-a-1278583.html |titel=Laserreflektoren auf dem Mond: Die Anti-Verschwörungstheorie-Maschinen |hrsg=[[Der Spiegel (online)|Spiegel Online]] |datum=2019-07-30 |sprache=de |abruf=2023-02-09}}</ref> unter anderem von den Ingenieuren [[Heinrich Mohn (Ingenieur)|Heinrich Mohn]] und Peter Hitzschke durchgeführt.

Der erste Retroreflektor wurde im Juli 1969 von Astronauten der [[Apollo 11|Apollo-11]]-Mission auf der Mondoberfläche im [[Mare Tranquillitatis]] installiert, zwei weitere Reflektoren 1971 von der [[Apollo 14]]-Mission nördlich des Kraters [[Fra Mauro (Mondkrater)|Fra Mauro]] und von der [[Apollo 15]]-Mission an der [[Rima Hadley|Hadley-Rille]]. 1970 konnte ein Reflektor mit der sowjetischen [[Lunochod 1|Lunochod-1]]-Mission auf dem Mond platziert werden. Signale dieses Reflektors konnten jedoch bereits seit den 1970er Jahren nicht mehr nachgewiesen werden. Die Gründe dafür waren über viele Jahre nicht bekannt. Nachdem die amerikanische Mondsonde [[Lunar Reconnaissance Orbiter]] im Jahr 2010 Aufnahmen von Lunochod 1 gemacht hatte und daher die Position genauer bestimmt werden konnte, wurde der Laserreflektor erstmals wieder erfolgreich anvisiert.<ref>Richard A. Kerr: [http://www.sciencemag.org/news/2010/04/scienceshot-decades-old-soviet-reflector-spotted-moon ''Decades-Old Soviet Reflector Spotted on the Moon.''] Science, 2010.</ref> 1973 konnte schließlich ein weiterer Reflektor durch die [[Lunochod 2|Lunochod-2]]-Mission abgesetzt werden, der nach wie vor für Messungen genutzt werden kann.

Die Verbesserung der Messgenauigkeit in den Millimeterbereich ist mit diesen Retroreflektoren nicht möglich. Ihre Einzelprismen sind, schon wegen der [[Libration]], nicht alle gleich weit entfernt; die vielen kurzen Echo-Impulse bilden überlappend einen längeren Impuls. Ein neues Konzept sieht vor, weniger, aber größere Prismen oder hohle Tripelspiegel in der Entfernung so tief gestaffelt zu platzieren, dass das Echo in einen [[Dirac-Kamm|Kamm]] aufgelöst werden kann.<ref>Porcelli et al.: [https://cddis.nasa.gov/lw21/docs/2018/presentations/Session9_Porcelli_presentation.pdf ''Lunokhod vs. MoonLIGHT retroreflectors.''] Konferenzbeitrag zum 21. IWLR, 2018, Canberra.</ref><!-- Flug ist noch nicht gebucht -->

== LLR-Bodenstationen ==
[[Datei:Wettzell Laser Ranging System.jpg|miniatur|Laser-Ranging-System des geodätischen Observatoriums Wettzell in Bayern]]
Seit dem Absetzen des ersten Reflektors auf dem Mond durch die Apollo-11-Mission werden Messungen am [[McDonald-Observatorium]] nahe [[Fort Davis (Texas)|Fort Davis]], [[Texas]] durchgeführt. 1984 wurde eine weitere Station des Lure Observatory auf dem [[Haleakalā]] auf der Insel [[Maui]], [[Hawaii]] sowie eine Laserstation des [[Observatoire de Calern]] in Betrieb genommen. Im Jahre 2005 wurde das Apollo-System (Apache Point Observatory Lunar Laser-Ranging Operation) in [[New Mexico]] in Dienst gestellt. Gelegentlich wurden auch Beobachtungen auf der [[Geodätisches Observatorium Wettzell|geodätischen Fundamentalstation Wettzell]] im [[Bayerischer Wald|Bayerischen Wald]] sowie auf der [[Australien|australischen]] Station Orroral ausgeführt.

Die Stationen verwenden Teleskope mit Aperturdurchmessern bis 350&nbsp;cm, die im [[Zeitmultiplex]] sowohl zum Senden als auch Empfangen verwendet werden. Beim Senden wird der Laserstrahl aufgeweitet, um auf dem Mond eine kleine Fläche um den gewählten Reflektorstandort ausleuchten zu können, begrenzt durch die [[Luftunruhe]] auf etwa 70&nbsp;km². Die Impulsenergie beträgt typ. 100&nbsp;mJ (APOLLO-Projekt: Pulsdauer 90&nbsp;ps [[Halbwertsbreite|FWHM]], Pulsenergie 115&nbsp;mJ), was bei der Wellenlänge von 532&nbsp;nm ([[Nd:YAG-Laser|Nd:YAG]], [[Frequenzverdopplung|frequenzverdoppelt]]) etwa 3·10<sup>18</sup> [[Photon]]en entspricht. Davon wird im Mittel weniger als eines (mit dem 75-cm-Wettzell-Teleskop<ref>M.Schneider et al.: {{Webarchiv|url=http://www.fesg.bv.tum.de/91872--~fesg~forschung~llr.html |wayback=20140107020949 |text=Die Hochpräzisionsvermessung der Mondbewegung (TU München)}} Stand ~1997.</ref>) bzw. werden einige wenige (mit dem 1,5-m-Teleskop an der Côte d’Azur<ref>Benoît Dasset et al.: [http://eduscol.education.fr/bd/urtic/phy/?commande=aper&id=2156 ''Méthode historique d'évaluation de la distance Terre-Lune et du diamètre de la Lune.''] Universität Aix-Marseille, 2005.</ref>) vom Detektor registriert. Beide Stationen arbeiten mit einer Pulsrate von 10&nbsp;Hz.

Die genauen Positionen der Teleskope im [[IERS Terrestrial Reference System|ITRS]] werden durch Laufzeitmessungen zu Navigationssatelliten bestimmt. Einige [[Global Positioning System|GPS]]- und [[GLONASS]]- sowie alle [[Galileo (Satellitennavigation)|Galileo]]-Satelliten tragen Retroreflektoren.<ref>ILRS: [https://ilrs.cddis.eosdis.nasa.gov/docs/retroreflector_specification_070416.pdf ''Standard for Retroreflector Arrays at GNSS Altitudes.'']</ref>

== Auswertung der LLR-Messung ==

Trotz Verwendung schmalbandiger [[Interferenzfilter]] geht das Nutzsignal im Störlicht völlig unter, wenn man nicht weiß, wo man suchen muss. Es sind die für eine bestimmte [[Epoche (Astronomie)|Epoche]] erwartete Laufzeit und deren Änderungsrate (Größenordnung 100&nbsp;m/s) in Abzug zu bringen. Die so reduzierten Laufzeiten sollten über tausende Impulse (mehrere Minuten Messdauer) stabil sein und sich in einem [[Histogramm]] als scharfe Linie vom Untergrund abheben. Die Position dieser Linie stellt den Messwert zu der Epoche dar, einen sog. Normalpunkt. Seit 1970 wurden mehr als 20.000 Normalpunkte ermittelt.<ref>International Laser Ranging Service: [https://ilrs.cddis.eosdis.nasa.gov/data_and_products/data/npt/ ''Normal Point Data''].</ref> Die Analyse der Normalpunkte gelingt mit Hilfe umfangreicher Programmpakete. Diese enthalten einen [[Ephemeriden]]teil für die Bewegung der astronomischen Körper einerseits und einem Teil, welcher der [[Parameterschätzung]] dient.

== Ergebnisse aus LLR-Messungen ==

Laserentfernungsmessungen liefern Informationen zu verschiedenen Aspekten des Erde-Mond-Systems, wie zum Beispiel [[Geozentrum|geozentrische]] Koordinaten von stationären oder mobilen Laserstationen, die bis auf 3–5&nbsp;cm genau bestimmt werden können. Da sich die Laserstationen zum Teil auf unterschiedlichen [[Kontinentalplatte]]n befinden, können optional Stationsbewegungen in Form von Driftraten mit einer Genauigkeit von rund 0,4&nbsp;cm geschätzt werden. Weiterhin lassen sich aus LLR-Daten wichtige Informationen zur Form des Mondes ([[Trägheitstensor]], Gezeitendeformation) ableiten sowie die Zunahme der Mondentfernung um ca. 3,8&nbsp;cm pro Jahr aufgrund der Gezeitenreibung, die auch die [[Erdrotation]] bremst.

Darüber hinaus können aus Laserentfernungsmessungen zum Mond relativistisch bedeutsame Größen und Erdrotationsparameter abgeleitet werden.

== Siehe auch ==
* [[Satellite Laser Ranging]]

== Weblinks ==
* [http://ilrs.gsfc.nasa.gov/ International Laser Ranging Service]
* [http://tau.fesg.tu-muenchen.de/~fesg/web/forschung/llr/llr.php Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie der Technischen Universität München]
* [https://www.iers.org/IERS/EN/Science/Techniques/llr.html International Earth Rotation And Reference Systems Service]
* [http://lroc.sese.asu.edu/news/index.php?/archives/180-The-Apollo-15-Lunar-Laser-Ranging-Retroreflector-A-Fundamental-Point-on-the-Moon!.html The Apollo 15 Lunar Laser Ranging RetroReflector] Lunar Reconnaissance Orbiter Camera, Featured Image, 13. April 2010
* [http://physics.ucsd.edu/~tmurphy/apollo/apollo.html APOLLO] – Apache Point Observatory Lunar Laser-ranging Operation

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:Llr}}
[[Kategorie:Erdmond]]
[[Kategorie:Laseranwendung]]
[[Kategorie:Geodäsie]]