Warum der Mond seine Phase ändert und wie Finsternisse entstehen

Finsternisse und Mondphasen — Die **Mondphasen** folgen aufeinander in einem Zyklus von 29,5 Tagen, der „Lunation" genannt wird. Die 8 Mondphasen sind: Neumond, zunehmende Sichel, erstes Viertel, zunehmender Mond, Vollmond, abnehmender Mond, letztes Viertel und abnehmende Sichel. Die Sonnenfinsternis findet bei Neumond statt, die Mondfinsternis bei Vollmond.
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Wissenschaftliche Zusammenfassung

Der Artikel von Astronoo stellt die Mechanismen der Finsternisse und der Mondphasen vor. Er erklärt, dass diese Phänomene aus der Ausrichtung von Sonne, Erde und Mond resultieren, die Syzygie genannt wird. Finsternisse treten nur auf, wenn der Mond nahe der Knotenlinie steht, dem Schnittpunkt der Mondbahn und der Ekliptik. Der Artikel erläutert die bemerkenswerte Übereinstimmung der scheinbaren Größen von Sonne und Mond, den Unterschied zwischen siderischer und synodischer Periode, die Neigung von 5,145° der Mondbahnebene und die Präzession der Knoten über 18,61 Jahre. Er behandelt auch die Beobachtungsbedingungen totaler, partieller und ringförmiger Finsternisse.

Warum zeigt der Mond Phasen und wie entstehen Finsternisse?

Dieser Artikel ist den Finsternissen und den Mondphasen gewidmet. Warum zeigt uns der Mond im Laufe der Tage ein wechselndes Gesicht, und warum verschwindet die Sonne manchmal hinter ihm? Die Antwort liegt in der Himmelsmechanik, die die Bewegungen von Sonne, Erde und Mond regelt. Der Mond erzeugt kein eigenes Licht: er reflektiert das der Sonne. Der beleuchtete Teil, den wir sehen, hängt von der relativen Position dieser drei Körper ab. So durchläuft der Mond in 29,5 Tagen acht Hauptphasen, von Neumond bis Vollmond. Die Finsternisse hingegen treten bei den Syzygien auf, wenn die drei Himmelskörper fast ausgerichtet sind. Doch diese Ausrichtung ist nicht bei jeder Lunation perfekt, denn die Mondbahn ist um etwa 5,145° gegenüber der Ekliptik geneigt. Finsternisse treten daher nur in der Nähe der Knoten der Bahn auf. Der Artikel untersucht auch die faszinierende Übereinstimmung, die totale Sonnenfinsternisse möglich macht: Die Sonne ist etwa 400-mal größer als der Mond, aber auch 400-mal weiter entfernt, wodurch ihre scheinbaren Größen nahezu identisch sind. Schließlich beschreibt er die künftige Entwicklung dieser Phänomene, wobei sich der Mond jährlich um 4 cm von der Erde entfernt.

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Die Mondfinsternisse

Was ist eine Finsternis?

Eine Finsternis erfordert eine Ausrichtung dreier Himmelskörper: der Sonne, der Erde und des Mondes.

Mondfinsternisse sind Verdeckungen des Mondes durch den Erdschatten, während Sonnenfinsternisse Verdeckungen der Sonne durch den Mondschatten sind. Diese himmlischen Übereinstimmungen werden häufig beobachtet, mindestens eine von jeder Art (Mondfinsternis und Sonnenfinsternis) alle 6 Monate.

Die Mondphasen

Der Mond erscheint uns in verschiedenen Phasen, das heißt mit unterschiedlicher Beleuchtung der Mondkugel. Dies liegt an der Rotation des Mondes um die Erde und an den sich ständig verändernden relativen Positionen von Sonne, Erde und Mond. Da der Mond nur das Licht der Sonne reflektiert, ist der einzige sichtbare Teil des Mondes derjenige, der sowohl zur Erde als auch zur Sonne ausgerichtet ist.

Die acht Mondphasen im Laufe des Mondzyklus
Phase	Tag des Zyklus	Beleuchtung	Sichtbarer Teil (Nordhalbkugel)	Aufgang (ca.)	Optimale Beobachtung
Neumond	0	0 %	Unsichtbar (unbeleuchtete Seite zur Erde gewandt)	6 Uhr	Nicht beobachtbar (außer bei Sonnenfinsternis)
Zunehmende Sichel	2 bis 6	1 bis 49 %	Dünne Sichel rechts	9 Uhr	Kurz nach Sonnenuntergang, im Westen
Erstes Viertel	7	50 %	Rechte Hälfte beleuchtet	Mittag	Am Abend, im Süden kulminierend
Zunehmender Mond	8 bis 13	51 bis 99 %	Mehr als drei Viertel beleuchtet (rechts)	15 Uhr	Am späten Nachmittag und in einem Teil der Nacht
Vollmond	14 bis 15	100 %	Vollständig beleuchtete Scheibe	18 Uhr	Die ganze Nacht (außer bei Mondfinsternis)
Abnehmender Mond	16 bis 21	99 bis 51 %	Mehr als drei Viertel beleuchtet (links)	21 Uhr	In der zweiten Nachthälfte und am Morgen
Letztes Viertel	22	50 %	Linke Hälfte beleuchtet	Mitternacht	Am Ende der Nacht und am Morgen, im Süden
Abnehmende Sichel	23 bis 28	49 bis 1 %	Dünne Sichel links	3 Uhr	Vor Sonnenaufgang, im Osten

Mondperiodizität und Syzygien

Die Periodizität der Mondphasen beträgt 29,5 Tage, also eine Lunation oder ein synodischer Mondmonat. Diese Dauer ist nicht mit dem siderischen Mondmonat (27,32 Tage) zu verwechseln, der der Rückkehr des Mondes an dieselbe Position relativ zu den Sternen entspricht, noch mit dem anomalistischen Monat (27,55 Tage), der die Rückkehr des Mondes zu seinem Perigäum misst. Diese drei Perioden unterscheiden sich, weil die Erde auf ihrer Bahn voranschreitet, während der Mond um sie kreist, und weil die Mondbahn selbst elliptisch ist und eine Präzession aufweist.

Die Finsternisse finden bei den Syzygien statt, das heißt in dem Moment, in dem eine nahezu vollständige Ausrichtung zwischen Sonne, Erde und Mond besteht. Man unterscheidet zwei Konfigurationen:

der Neumond, wenn der Mond zwischen Sonne und Erde steht: Die beleuchtete Seite ist der Sonne zugewandt, und die von der Erde aus sichtbare Seite liegt im Schatten;
der Vollmond, wenn die Erde zwischen Sonne und Mond steht: Die sichtbare Seite des Mondes ist dann vollständig beleuchtet.

Die Sonnenfinsternis findet also bei Neumond statt, und die Mondfinsternis bei Vollmond. Eine perfekte Ausrichtung genügt jedoch nicht: Der Mond muss sich auch ausreichend nahe an der Knotenlinie befinden, das heißt am Schnittpunkt zwischen der Ebene seiner Bahn und der Ebene der Ekliptik. Außerhalb dieser Fenster zieht der Mond über oder unter der Sonne (bei Neumond) oder dem Erdschatten (bei Vollmond) vorbei, ohne dass eine Finsternis auftritt.

Die Syzygien sind also nicht systematisch ekliptisch. Da der Mond alle 29,5 Tage an dieselbe relative Position gegenüber der Sonne zurückkehrt, die Knotenlinie sich jedoch langsam verschiebt, gruppieren sich die Finsternisse in Finsterniszeiten von etwa 34,5 Tagen, getrennt durch Intervalle von fünf bis sechs Monaten. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Finsternissen desselben Typs (Sonne oder Mond) vergeht im Allgemeinen eine Lunation, also etwa 29,5 Tage, was erklärt, warum Sonnen- und Mondfinsternisse oft im Abstand von fünfzehn Tagen abwechseln.

Eine glückliche Übereinstimmung macht die Sonnenfinsternis spektakulär

Die Übereinstimmung der scheinbaren Größen

Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Sonne (1 400 000 km) und dem Durchmesser des Mondes (3 500 km) beträgt ≈1/400; das Verhältnis zwischen der Entfernung der Sonne (149 600 000 km) und der Entfernung des Mondes (384 000 km) beträgt ≈1/400. Da die Sonne 400-mal größer und 400-mal weiter entfernt ist als der Mond, sind ihre scheinbaren Größen am Himmel nahezu identisch (≈0,5° oder ≈30 Bogenminuten). In Wirklichkeit variiert die scheinbare Größe des Mondes zwischen 29,3' und 33,5' und die scheinbare Größe der Sonne zwischen 31,5' und 32,5'.

Folgen und künftige Entwicklung

Diese zeitliche Übereinstimmung liegt den mythologischen Deutungen bestimmter Zivilisationen zugrunde, da der Mond manchmal die Sonne vollkommen verdeckt.

Heute löst eine totale Sonnenfinsternis die Leidenschaft der Massen aus. Manche Amateure werden „Finsternisjäger" genannt; sie spüren Finsternisse auf der ganzen Welt auf. Doch diese Übereinstimmung wird verschwinden; in Hunderten von Millionen Jahren wird es nur noch ringförmige Finsternisse geben, da sich der Mond jährlich um 4 cm von der Erde entfernt.

Umlaufperioden des Mondes

Siderische Periode

Die siderische Umlaufperiode des Mondes wird relativ zu den Sternen gemessen. Sie ist die Zeit, die der Mond benötigt, um relativ zu einem Stern, von der Erde aus gesehen, an dieselbe Position zurückzukehren. Diese siderische Umlaufperiode beträgt 27,321582 Tage, also etwa 27 Tage 7 Stunden 43 Minuten.

Zum Vergleich: Die siderische Periode der Erde, gemessen relativ zu den Sternen, beträgt etwa 23 h 56 min, also 0,99726968 Tage. Sie ist um etwa 4 Minuten kürzer als die synodische Periode (relativ zur Sonne), weil die Erde in 24 h auf ihrer Bahn um die Sonne um 1/365 vorangeschritten ist, was etwa 4 Minuten entspricht.

Synodische Periode

Die synodische Umlaufperiode des Mondes wird relativ zur Sonne gemessen. Sie ist die Zeit, die der Mond benötigt, um relativ zur Sonne, von der Erde aus gesehen, an dieselbe Position zurückzukehren. Diese Periode beträgt 29,530589 Tage, also etwa 29 Tage 12 Stunden 44 Minuten.

Sie ist länger als die siderische Periode, weil die Erde im Laufe eines Monats auf ihrer Bahn um die Sonne vorangeschritten ist: Der Mond benötigt daher etwa 2 Tage mehr, um dieselbe Position relativ zur Sonne wieder zu erreichen.

Es ist diese synodische Periode von 29,5 Tagen, die den Rhythmus der Mondphasen bestimmt und erklärt, warum Sonnen- und Mondfinsternisse in einem Abstand von etwa 15 Tagen aufeinander folgen.

Die Ebene der Ekliptik und die Knoten

Mondbahn relativ zur Ekliptik — **Neigung der Mondbahn und Knotenlinie**: Die Ebene der Mondbahn ist um 5,1° gegenüber der Ebene der Ekliptik (Bahnebene der Erde um die Sonne) geneigt. Finsternisse können nur auftreten, wenn der Mond die Knotenlinie durchquert, das heißt den Schnittpunkt dieser beiden Ebenen.
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Neigung der Mondbahn

Obwohl die synodische Umlaufperiode 29,5 Tage beträgt, treten Finsternisse nicht jeden Monat auf. Der Mond zieht über oder unter der Sonne vorbei, weil die Ebene der Mondbahn um die Erde und die Ebene der Erdbahn um die Sonne (Ekliptik) nicht zusammenfallen: Sie bilden einen Winkel von etwa 5,145°.

Bewegte sich der Mond um die Erde in derselben Ebene wie die Erde um die Sonne, das heißt auf der Ebene der Ekliptik, gäbe es bei jedem Vollmond eine Mondfinsternis und bei jedem Neumond eine Sonnenfinsternis, alle 29,5 Tage, jeweils 15 Tage voneinander getrennt.

Tatsächlich können Ausrichtungen der drei Himmelskörper nur dann auftreten, wenn sich der Mond sehr nahe an der Ebene der Ekliptik befindet. Aus diesem Grund wurde diese Ebene so benannt, im Zusammenhang mit der Finsternis.

Die Knoten der Mondbahn

Der Ort, an dem der Mond über die Ebene der Ekliptik hinwegzieht, wird aufsteigender Knoten genannt. Umgekehrt wird der Ort, an dem der Mond unter die Ebene der Ekliptik hinwegzieht, absteigender Knoten genannt.

Um eine totale oder partielle Finsternis zu erleben, muss sich der Mond auf der Knotenlinie befinden: Dies ist der einzige Ort, an dem die Ausrichtung der drei Himmelskörper perfekt ist. Es gibt daher zwischen vier und sechs Finsternisse im Jahr, mindestens zwei der Sonne und mindestens zwei des Mondes.

Syzygien und Finsterniszeiten

Zusammenfassend treten Finsternisse bei den Syzygien (Ausrichtung der drei Himmelskörper) nahe der Knotenlinie auf. Rund um den Durchgang der Knoten gibt es einen Zeitraum von 35 Tagen, in dem eine Finsternis auftreten kann. In 34,5 Tagen ist es möglich, zwei Sonnenfinsternisse oder zwei Mondfinsternisse zu beobachten, da die Lunation 29,5 Tage dauert. Die Finsternisse liegen daher etwa einen Monat oder fünf bis sechs Monate auseinander.

Einfluss der Entfernung Erde-Mond

Die Entfernung Erde-Mond variiert zwischen 363 104 km und 405 696 km. Je weiter der Mond zum Zeitpunkt der Syzygie von der Erde entfernt ist, desto partieller ist die Finsternis. Der Abstand zwischen zwei totalen Sonnenfinsternissen derselben Jahreszeit (zum Beispiel von einem Sommer zum nächsten) beträgt im Allgemeinen 12 Lunationen, also 354,4 Tage (1 Jahr – 11 Tage). So konnten wir am 1. August 2008 eine totale Finsternis in der Mongolei, dann am 22. Juli 2009 eine totale Finsternis in China und schließlich am 11. Juli 2010 eine totale Finsternis in Polynesien erleben.

Ausrichtungsbedingungen

Ebene der scheinbaren Bahnen des Mondes und der Sonne, von der Erde aus gesehen. Bewegte sich der Mond um die Erde in derselben Ebene wie die Erde um die Sonne, das heißt auf der Ebene der Ekliptik, gäbe es bei jedem Vollmond eine Mondfinsternis und bei jedem Neumond eine Sonnenfinsternis, alle 29,5 Tage, jeweils 15 Tage voneinander getrennt.

Die Finsternisperiode dauert 34,5 Tage; es gibt daher 2 oder 3 Finsternisse während dieses Zeitraums. Es liegen auch 1,5 oder 6 Monate zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sonnen- oder Mondfinsternissen. Die Ausrichtungen der drei Himmelskörper können nur auftreten, wenn sich der Mond sehr nahe an der Ebene der Ekliptik befindet; aus diesem Grund wurde diese Ebene so benannt, im Zusammenhang mit der Finsternis.

Referenzen

FAQ: Alles Wissenswerte über Finsternisse und Mondphasen

Was ist eine Mondfinsternis?

Eine Mondfinsternis tritt auf, wenn sich die Erde zwischen Sonne und Mond schiebt und ihren Schatten auf unseren Trabanten wirft. Der Mond durchquert dann den Erdschattenkegel, was ihn teilweise oder vollständig verdunkelt. Dieses Phänomen kann nur bei Vollmond auftreten, wenn Sonne, Erde und Mond ausgerichtet sind.

Warum ändert der Mond seine Phase?

Der Mond erzeugt kein Licht; er reflektiert das der Sonne. Während er um die Erde kreist, ändert sich der von unserem Planeten aus sichtbare beleuchtete Teil. Dieser 29,5-Tage-Zyklus führt zu den acht Mondphasen, von Neumond bis Vollmond.

Warum gibt es nicht bei jedem Vollmond eine Finsternis?

Weil die Mondbahn um etwa 5,145° gegenüber der Ebene der Ekliptik geneigt ist. Die meiste Zeit zieht der Mond über oder unter der perfekten Ausrichtung vorbei. Finsternisse treten nur auf, wenn sich der Mond nahe den Knoten befindet, das heißt an den Punkten, an denen seine Bahn die Ekliptik kreuzt.

Was ist der Unterschied zwischen einer totalen und einer ringförmigen Sonnenfinsternis?

Eine totale Finsternis tritt auf, wenn der Mond nahe genug an der Erde ist, um die Sonnenscheibe vollständig zu bedecken. Eine ringförmige Finsternis tritt auf, wenn der Mond weiter entfernt ist: Er erscheint kleiner und lässt einen Ring Sonnenlicht um sich herum sichtbar. Dieser Unterschied ist auf die Exzentrizität der Mondbahn zurückzuführen.

Wie lange dauert eine Finsternis?

Die Dauer einer Finsternis variiert je nach Typ. Eine totale Sonnenfinsternis dauert in der Regel einige Minuten (höchstens etwa 7 Minuten). Eine Mondfinsternis kann mehrere Stunden dauern, da der Mond Zeit braucht, um den Erdschatten zu durchqueren.

Was ist die Knotenlinie?

Die Knotenlinie ist der Schnittpunkt zwischen der Ebene der Mondbahn und der Ebene der Ekliptik. Die beiden Punkte, an denen diese Linie die Ekliptik schneidet, werden aufsteigender und absteigender Knoten genannt. Finsternisse können nur auftreten, wenn sich der Mond nahe dieser Linie befindet.