In the past the composition of the lunar atmosphere has been studied by many experiments, most notably by the Lunar Atmosphere Composition Experiment (LACE) deployed during the Apollo 17 mission, the Lyman-Alpha Mapping Project (LAMP) aboard the Lunar Reconnaissance Orbiter, and the Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE). Nowadays, investigations of our Moon's atmosphere is mostly based on numerical models, with Monte-Carlo simulations being the preferred method due to the assumption of a thin, surface-bounded exosphere. These kinds of atmospheres assume no interactions between any two of its particles, allowing to track the constituents from their source until their eventual loss without any interferences and, thus, high numerical efficiency. While several models of the lunar exosphere already exist for single species, a comprehensive model being able to simulate multiple different species and predict their global surface number density distribution has not yet been produced. A new numerical model based on the Monte-Carlo method and able to simulate noble gases, other single atom constituents, as well as molecules, is presented in this work. The current state of the model incorporates a "pseudo" two-dimensional approach, where the selenocentric longitude and the Moon's local time are equal. Due to the link between a spacial and a time dimension, no topological resolution of the lunar surface is possible, thus the Moon is assumed to be a perfect sphere. For numerical efficiency, the current state of the model does not feature a height dimension and the particle's path is only described analytically, with their landing position being calculated directly. These calculations are based on neutral elements which are only influenced by gravity and coriolis forces. Surface number densities of the noble gases helium, neon, argon, krypton, and xenon, and of other gases including atomic and molecular hydrogen, methane, hydroxyl, and water have been studied. Besides the global distribution of the above mentioned species' surface number density, this work also compared the results with expected densities on the lunar surface, investigates the recycling process, and also looks at inter-species connections influencing the results. The work also includes references to present proposals listing expected surface number densities and evaluates their assumptions based on the presented new numerical model predictions. Lastly, a numerical analysis of the underlying grid of the lunar surface is also included. The model incorporates the physical mechanisms of a Sun-side source rate for solar wind related particles, a global source rate for endogenic species, photo-dissociation, thermal escape, ion recycling, and cold-trapping. The main conclusions drawn in this study are that the new model can reproduce all density predictions made by other numerical models found in the literature, that it can be fitted to measurement data and used to infer unknown parameters based on expected surface number densities, and, finally that inter-species connections can significantly influence the predictions.      «

In the past the composition of the lunar atmosphere has been studied by many experiments, most notably by the Lunar Atmosphere Composition Experiment (LACE) deployed during the Apollo 17 mission, the Lyman-Alpha Mapping Project (LAMP) aboard the Lunar Reconnaissance Orbiter, and the Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE). Nowadays, investigations of our Moon's atmosphere is mostly based on numerical models, with Monte-Carlo simulations being the preferred method due to the assump...     »

Die Mondatmosphäre wurde in der Vergangenheit mittels zahlreicher Experimente studiert. Die wohl berühmtesten unter ihnen waren das Lunar Atmosphere Composition Experiment (LACE), welches mit der Apollo 17 Mission auf der Mondoberfläche durchgeführt wurde, das Lyman-Alpha Mapping Project (LAMP) auf dem Lunar Reconnaissance Orbiter Satelliten und der Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE). Während diese Missionen die Atmosphäre vom Boden oder Satelliten aus beobachteten, werden heutzutage überwiegend numerische Modelle zur Analyse genutzt. Diese basieren fast ausschließlich alle auf Monte-Carlo Simulationen, da einzelne Partikel von ihrem Ursprung bis hin zu dessen Verlust simuliert werden können, ohne Einwirkungen anderer Bestandteile der Atmosphäre berücksichtigen zu müssen. Diese Annahmen können getroffen werden, da es sich bei der Mondatmosphäre um eine sehr dünne, bodengebundene Atmosphäre handelt, welche hoch-effizient implementiert werden kann. Während bereits einige Modelle der Mondatmosphäre existieren, so können diese meist nur einen einzelnen Bestandteil simulieren. Ein umfangreiches Modell für verschiedenste Elemente der Atmosphäre, welches zudem die globalen Oberflächendichten vorhersagen kann, ist bisher noch nicht erstellt worden. In dieser Arbeit wird ein neuartiges Modell vorgestellt, welches ebenfalls auf der Monte-Carlo Methode basiert, jedoch in der Lage ist verschiedenste atomare und molekulare Gase zu modellieren. Mittels eines "pseudo" zweidimensionalen Ansatzes kann der Längengrad in eine lokale Zeit umgerechnet werden, und die ballistischen Trajektorien sowie die Flugzeiten von den Partikeln analytisch berechnet werden. Durch die Verbindung von Ort und Zeit ist jedoch eine topologische Auflösung des Mondes nicht möglich und dieser ist als perfekte Sphäre in dem Modell implementiert. Weiterhin sind ausschließlich Gravitations- und Coriolis-Kräfte inkludiert, wodurch nur neutrale Elemente berechnet werden können. Die Edelgase Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon, sowie die Wasserstoff-basierenden Gase atomarer und molekularer Wasserstoff, Hydroxyl und Wasser, sowie Methan wurden in dieser Arbeit mittels des neuen Modells studiert. Neben der Analyse der globalen Verteilung der Oberflächendichte wurden die Ergebnisse mit Messdaten und Erwartungen verglichen, sich der Partikel-Recycling Prozess genauer angesehen, sowie die Einflüsse zwischen mehreren Spezies der Atmosphäre untersucht. Weiterhin werden Anträge, welche erwartete Dichten auflisten, zitiert und mittels des Simulationsergebnissen bezüglich derer Plausibilität evaluiert. Die physikalischen Mechanismen, welche im Modell implementiert sind, sind zwei Quellmechanismen, einen Sonnen basierten und einen globalen, Photo-Dissoziation und -Ionisation, Gravitationsverluste, Ionenrecycling, und Cold-Trapping. Mittels dieser Prozesse ist das neue Model in der Lage alle bereits veröffentlichten Ergebnisse bezüglich der Oberflächendichte sowohl in deren Größenordnung als auch deren Gestalt zu reproduzieren. Weiterhin können die Einflüsse der verschiedenen Prozesse angepasst werden um die Vorhersagen gegebenen Messdaten anzugleichen um mangelhaft erforschte oder gar unerforschte Parameter analysieren zu können. Abschließend wird in dieser Arbeit gezeigt, dass die Einflüsse unterschiedlicher Spezies der Atmosphäre aufeinander in bestimmten Fällen die Vorhersagung der Oberflächendichten signifikant verändern können.     «

Die Mondatmosphäre wurde in der Vergangenheit mittels zahlreicher Experimente studiert. Die wohl berühmtesten unter ihnen waren das Lunar Atmosphere Composition Experiment (LACE), welches mit der Apollo 17 Mission auf der Mondoberfläche durchgeführt wurde, das Lyman-Alpha Mapping Project (LAMP) auf dem Lunar Reconnaissance Orbiter Satelliten und der Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE). Während diese Missionen die Atmosphäre vom Boden oder Satelliten aus beobachteten, werden he...     »