Lunar Laser Ranging

Als Lunar Laser Ranging (LLR) wird die Laserentfernungsmessung von Stationen auf der Erde zu Retroreflektoren auf der Mondoberfläche bezeichnet. Dabei werden über ein Teleskop kurze Laserpulse mit einer Dauer von 70 bis 200 ps ausgesendet. Die Reflektoren, die während der amerikanischen Apollo-Missionen 11, 14 und 15 sowie von zwei unbemannten sowjetischen Rovern (Lunochod 1 und 2) zwischen 1969 und 1973 abgesetzt wurden, reflektieren den Laserpuls zurück. Auf der Erde wird dieser wiederum vom Teleskop registriert. Die Beobachtungsgröße ist die Signallaufzeit des ausgesandten Laserpulses. 

© Nasa/ D. Scott
Ein Ausschnitt des von der Mission Apollo 15 installierten Lunar Laser Ranging Retroreflektors.

Aufgrund der großen Entfernung des Mondes, der Signalabschwächung durch die Atmosphäre und den Beugungseffekten an den Reflektoren ist es nur wenigen Bodenstationen möglich, LLR-Messungen zum Mond durchzuführen. Heute sind es noch drei Stationen, die regelmäßig Laserentfernungsmessungen zum Mond ausführen: Grasse (Frankreich), APOLLO (USA) und Matera (Italien). Seit den ersten Messungen im Jahr 1969 konnte die Messgenauigkeit von einigen Dezimetern in den Bereich von wenigen Millimetern an den neuesten LLR-Observatorien gesteigert werden. Mit LLR können eine Reihe von Parametern geschätzt werden, die einen Einblick in das Erde-Mond-System geben. Dazu zählen die Bereiche:

  • Referenzsysteme, z.B. Stations- und Reflektorkoordinaten, Verknüpfung des Mondorbits mit dem VLBI-basierten ICRF und die Bestimmung von Erdorientierungsparametern und deren Vergleich mit anderen, unabhängigen Verfahren;
  • Dynamik des Erde-Mond-Systems, z.B. Orbit und Librationsparameter, Masse des Erde-Mond-Systems und säkulare Gezeitenbeschleunigung;
  • Physik des Mondes, z.B. Aufbau des Mondinneren, Dissipationseffekte;
  • Gravitationsphysik/Tests der Einstein‘schen Relativitätstheorie, z.B. Gültigkeit des Äquivalenzprinzips oder eine mögliche zeitliche Variation der Gravitationskonstanten.
Lunar Analysis Center

Das Institut für Erdmessung fungiert zusammen mit der Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie (FESG) der TU München als Lunar Analysis Center des International Laser Ranging Services (ILRS). Darüber hinaus kooperiert es mit der ILRS Analysis Working Group, um einheitliche Standards und konsistente Ergebnisse des ILRS zu realisieren.

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