Über das spektrale Reflexionsvermögen
des Erdmondes
Andreas Ulrich
Astronomiebörse ATT
Essen 2009
Spektroskopiee-Meeting
VDS-FG Spektroskopie mit Fa. Baader Planetarium
Der Mond
ist farbig !
Siehe auch
„heavens above“
im Mai 2007
oder
Mondglobus im
Gasometer in
Oberhausen
Foto: Jochen Wieser mit Leica CCD Kamera 26.8.2007 durch Celestron C5
Inhalt:
Motivation
Daten aus der Literatur
Das verwendete Spektrometer
Messsung der Reflektivität von Gestein
Konzept und Geometrie der Messung am Mond
Der Einfluss der Erdatmosphäre
Erste Ergebnisse
Zusammenfassung und Ausblick
Motivation
Es ist wohl seit der Antike bekannt, dass der Mond nur durch Reflexion
des Sonnenlichtes leuchtet.
Aber: Kein Spiegel reflektiert in allen Spektralbereichen:
Reflexionskoeffizient
1,0
0,8
PTB 3-3464-4 c
TUM 3-3464-1
PTB M2523-2 c
TUM M2523-1
0,6
0,4
0,2
0,0
70
80
90
100
110
120
Wellenlänge [nm]
Stellt sich somit die Frage:
Welche spektrale Zusammensetzung hat das Mondlicht?
In Astronomiebüchern findet man in der Regel keine Information über den
„Spektraltyp“ des Mondes.
Präzisierung der Fragestellung: Wie ist die mittlere Reflektivität der Mondoberfläche beschaffen - bzw. wie ist das Verhältnis der Lichtintensität Im(λ)
z.B. des Vollmondlichtes und der Intensität des Sonnenlichtes Is (λ):
R = Im(λ) / Is (λ)
Die Experten „schauen viel zu genau hin“ (ortsaufgelöst) !
Auch eine relativ intensive Suche im Internet ergibt keine Information über
die gemittelte spektrale Reflektivität der Oberfläche unseres Erdmondes. Nur
bei Monden anderer Planeten findet man solche Daten.
Damit ist das evtl. eine Lücke, die gerade von der Amateur- Spektroskopie
gefüllt werden kann.
Literaturdaten:
Yong-Liao Zou et al., Chin. J. Astron. Astrophys. 4, 97-104 (2004)
Die Partikelgröße spielt eine Rolle !
Albedo
Real und
Imaginärteil des
Brechungsindex
des „mittleren
Mondes“
Yurij Shkuratov et
al. Icarus 137 235246 (1999)
Hochländer
Reflektivität von Merkur,
Mond als Vergleich
Mare
Helle Hochlandkrater
Helle Mare- Krater
Th. McCord and J. B. Adams,
Science 178, 746
Reflektivität von
Mondproben von
Apollo 11
Kristallines Gestein
Brecien
Feines Oberflächenmaterial
J. B. Adams and R. L. Jones
Science 167, 738 (1970)
Spektroskopie mit kontinuierlicher Strahlung
Das Problem verlagert sich von der Bestimmung gut aufgelöster Linien und des
benachbarten Kontinuums dahin, dass der globale Verlauf der Emission
gemessen werden muss!
Globalen Verlauf der
„Ansprechfunktion“ messen !
„Äquivalentbreite“ finden !
Das verwendete Spektrometer
Ocean Optics HR2000
Strahlengang in den hier verwendeten „OCEAN OPTICS“
Spektrometern:
http://www.oceanoptics.com/technical/USB4000operatinginstructions.pdf
Dimensions:
148.6 mm x 104.8 mm x 45.1 mm
Weight:
570 grams
Power Consumption:
95 mA @ 5 VDC
Detector:
Sony ILX511 linear CCD array
Detector Range:
200-1100 nm
Pixel size:
14 µm x 200 µm
Optical bench:
f/4, 101 mm focal length
Slit Width
(microns)
Resolution
(pixels)
5
1.5
10
2.0
25
2.5
50
4.2
100
8.0
200
15.3
400
25.2
Gratings:
Choose from 13 different gratings
Pixel elements:
2048
Entrance Aperture:
5, 10, 25, 50, 100 or 200 µm wide slits or fiber (no slit)
Order-sorting filters:
Installed longpass and bandpas filters
Stray Light:
<0.05% at 600 nm; <0.10% at 435 nm
Dynamic Range:
2 x 108 (system); 2000:1 for a single scan
Fiber Optic Connector:
SMA 905 to single-strand optical fiber 0.22 NA)
Data Transfer Rate:
Full scans into memory every 13 milliseconds
Integration Time:
3 milliseconds to 65 seconds
Operating Systems:
Windows 98/ME/2000/XP, Mac OS X and Linux when using the USB interface on desktop or notebook PCs.
Any 32-bit Windows operating system when using the serial port on desktop or notebook PCs.
Dynamik: ca. 20.000
Einfacher Aufbau: Rohr mit schwarzer Pappe ausgekleidet:
Quarzlinse
NeutralDichteFilter !
Faseranschluss
Wellenlängenkalibrierung
Messung mit
kleinen „pen-ray“
Entladungslampen
Test der spektralen Auflösung
Messung der spektralen Ansprechfunktion
Halogenlampe LSB 20, Nr. LSK 113, 100 W, 6,60 A, 100 h vorgealtert,
Heraeus Prüfbericht Nr. 18332
Messung der spektralen Reflektivität von Gestein
QuarzLinse
Ocean Optics
Spektrometer
Halogen – bzw.
Deuteriumlampe
Probe
Blenden
Als Referenz wurde das Spektrum der Quelle direkt mit kurzer
Belichtungszeit gemessen.
Ergebnisse
Papier
Delrin
Kalkstein
Ziegel
Schiefer
Eisenerz
Schiefer
Der Trend zu geringerer Reflektivität im UV liegt auch hier vor
Konzept und Geometrie der Messung am Mond
Messung
Referenzlicht
Schwierigkeiten:
• Einfluss der Atmosphäre
• Helligkeitsunterschied: magsone = -26m8, magmond = -12m5: Faktor: ca. 500000
Sonnenspektrum: Die Referenz
einfach zuordenbare Fraunhoferlinien mit Punkten markiert
Bergmann-Schaefer, Band 7, „Erde und Planeten“
De Gruyter (1997) Seite 71
Außenrand der Erdatmosphäre
Meeresoberfläche
1m Wassertiefe
eigene Messung mit kal. „Ocean optics“
München ist wohl zum Teil fast am
„Außenrand der Erdatmosphäre“
3
4
5
6
7
8
9 10
Einfluss der Atmosphäre
Das Streulicht zeigt sich als
„Himmelsblau“. Ein Vergleich des
Sonnenspektrums mit dem Spektrum
des blauen Himmels zeigt sehr schön
das von der Rayleigh – Streuung zu
erwartende λ-4 Verhalten !
Anmerkung:
Das Sonnenspektrum findet sich
vielfach im Alltag wieder !
Zur Wirkung der Extinktion
Fazit: Vorsicht unterhalb von ca. 500 nm !!!
Die Reflektivität des Mondes
Ein erster Datensatz
Verhältnis: „Mond / Sonne“
Es zeigt sich der erwartete Reflektivitäsabfall im UV
Der Mond ist
in den
tellurischen
Linien „zu
hell“. D.h.
bei seiner
Aufnahme
war die
Extinktion
kleiner.
Geplante Verbesserungen:
Messsung mit einer „Ulbrichtkugel“ und „OCEAN Optics 65000“
CaF2 Linse
Blende
Wirkliche Mittelung über das Sonnenbzw. Mondlicht !
Glasfaser
Aufbau getestet – aber
noch mit dem HR2000
Spektrometer.
Dynamik zu klein !
Ocean Optics
HR65000 muss
funktionieren!
Zusammenfassung und Ausblick
Die globale Reflektivität der Mondoberfläche und damit die
Farbe des Mondlichtes ist nicht einfach zu beschreiben.
Kleine Spektrometer mit Fasereinkopplung liefern schöne
Übersichtsspektren heller Himmelskörper.
Mit einer Absolutkalibrierung und/oder durch
Referenzspektren (z. B. Sonnenlicht) lassen sich interessante
Untersuchungen z. B. des Mondlichtes oder der
Erdatmosphäre durchführen.
Für genauere Daten zur globalen Reflektivität des Mondes
müssen noch sorgfältigere Messungen bei verschiedenen
Elevationen und atmosphärischen Bedingungen folgen.
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !

Über das Reflexionsvermögen des Erdmondes