Voraussetzungen für das Zustandekommen
Das Zustandekommen einer Mondfinsternis ist an zwei Voraussetzungen geknüpft:
- Da die Erdbahnebene und die Mondbahnebene einen Winkel miteinander einschließen (Bild 3), stehen Sonne, Erde und Mond nur dann näherungsweise in einer Linie, wenn sich der Mond in der Nähe eines Schnittpunktes der beiden Ebenen, also nahe eines so genannten Knotens, aufhält.
- Es muss gerade Vollmond sein. Nur dann steht die Erde zwischen Sonne und Mond und erzeugt einen Schatten in Richtung des Erdbegleiters.
Häufigkeit von Mondfinsternissen
Mondfinsternisse sind zwar von einem bestimmten Standort auf der Erdoberfläche aus häufiger zu beobachten als Sonnenfinsternisse, sie treten aber insgesamt nicht so häufig auf. Das scheint ein Widerspruch zu sein, ergibt sich aber daraus, dass eine Mondfinsternis von allen Beobachtern auf der
sonnenabgewandten Seite der Erde zu beobachten ist, während eine Sonnenfinsternis immer nur von einem relativ kleinen Gebiet der Erdoberfläche aus zu sehen ist.
Insgesamt ereigneten sich im 20. Jahrhundert 148 Mondfinsternisse und 228 Sonnenfinsternisse. Ähnliche Relationen gelten auch für andere Jahrhunderte. In 1000 (julianischen) Jahren ereigneten sich 1543 Mondfinsternisse (716 totale und 827 partielle). In dem gleichen Zeitraum fanden 2375 Sonnenfinsternisse (838 partielle, 773
ringförmige, 105 ringförmig totale und 659 totale) statt.
Die nächsten Mondfinsternisse
In der nachfolgenden Übersicht sind die Mondfinsternisse für die nächsten Jahre angegeben.
| Datum | Art der Finsternis | Uhrzeit |
| 09.02.2009 | ringförmige Mondfinsternis | Mitte der Finsternis 15:38 Uhr MEZ |
| 31.12.2009 | partielle Mondfinsternis | Mitte der Finsternis 20:23 Uhr MEZ |
| 15.06.2011 | totale Mondfinsternis | Mitte der Finsternis 22:13 Uhr MEZ |
| 25.04.2013 | partielle Mondfinsternis | Mitte der Finsternis 22:07 Uhr MEZ |
| 28.09.2015 | totale Mondfinsternis | Mitte der Finsternis 04:47 Uhr MEZ |
| 27.07.2018 | totale Mondfinsternis | Mitte der Finsternis 22:22 Uhr MEZ |
| 21.01.2019 | totale Mondfinsternis | Mitte der Finsternis 06:12 Uhr MEZ |
| 16.07.2019 | partielle Mondfinsternis | Mitte der Finsternis 23:31 Uhr MEZ |
Für die exakte Vorhersage einer Finsternis sind im Einzelfall genaue Berechnungen erforderlich. Dabei stellt sich heraus, dass während eines Jahres höchstens entweder zwei Mond- und fünf Sonnenfinsternisse oder drei Mond- und vier Sonnenfinsternisse stattfinden können.
Mithilfe einer einfachen Überlegung lässt sich vorhersagen, in welchen zeitlichen Abständen sich der Verlauf der Finsternisse wiederholt. Fand beispielsweise eine totale Mondfinsternis statt, dann tritt dieses Ereignis mit Sicherheit beim nächsten Vollmond nicht mehr ein. Das ergibt sich daraus, dass der synodische und der drakonitische Monat eine unterschiedliche Länge besitzen. Stimmt jedoch ein ganzzahliges Vielfaches des synodischen mit einem ganzzahligen Vielfachen des drakonitischen Monats überein, dann fällt das Ereignis "Vollmond" wieder mit dem Ereignis "Mond im Knoten" zusammen. Es sind:
223 synodische Monate = 6 585,32 Tage und
242 drakonitische Monate = 6
585,36 Tage
Das entspricht einem Zeitraum von 18 Jahren und 11 Tagen. Nach diesem Zeitraum wiederholt sich eine ganz bestimmte Finsterniskonstellation. Diese Zeitspanne, die man Saroszyklus nennt, wurde bereits im Altertum entdeckt. Sie ist von außerordentlich großer kulturhistorischer Bedeutung. Die Kenntnis des Saroszyklus begründete zu einer Zeit, als Finsternisse mit göttlichen Erscheinungen in Zusammenhang gebracht wurden, die Macht der astronomische Beobachtungen betreibenden Priesterkaste. Da die Menschen die sie bewegenden Finsternisse in künstlerischen und sprachlichen Darstellungen aufzeichneten, ermöglichen Finsternisberechnungen umgekehrt auch die Rückdatierung historischer Ereignisse und archäologischer Funde.
Grundwissen
Das Wichtigste auf einen Blick
- Bei einer Mondfinsternis steht die Erde zwischen Sonne und Mond
- Bei einer Mondfinsternis ist der Mond also im Schatten der Erde
Aufgaben Aufgaben
Visualisierungen zur Mondfinsternis
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Abb. 1 Strahlengang Mondfinsternis (Skizze nicht maßstabsgetreu)Eine Mondfinsternis ist ein besonderes astronomisches Ereignis. Bei einer Mondfinsternis befindet sich die Erde zwischen Sonne und Mond. Dadurch verdeckt die Erde den Mond und sorgt dafür, dass das Licht der Sonne den Mond nicht direkt treffen kann. Der Mond befindet sich also im Schatten der Erde.
Sonne, Erde und Mond in einer Ebene
Eine Mondfinsternis tritt daher nur dann auf, wenn gerade Vollmond ist und sich zusätzlich Sonne, Erde und Mond in einer Ebene befinden. In der Fachsprache sagt man auch: Mondfinsternisse können dann auftreten, wenn der Mond in der Ekliptik von Sonn und Erde liegt. Da dies nicht immer der Fall ist, tritt nicht in jedem Mondzyklus auch eine Mondfinsternis auf. Pro Jahr finden zwischen 2 und max. 5 (sehr selten - nicht im 21. Jh) Mondfinsternisse statt. Diese sind jedoch auch nicht immer von Deutschland aus zu sehen.
Verschiedene Arten der Mondfinsternis
Abb. 2 Phasen einer MondfinsternisIn Abb. 2 sind verschiedene Phasen einer totalen Mondfinsternis gezeigt. Als totale Mondfinsternis bezeichnet man eine Finsternis, bei der der Mond vollständig in den Kernschatten der Erde eintritt.
Bei einer partiellen Mondfinsternis tritt der Mond hingegen nur teilweise in die Kernschatten der Erde ein. Bei einer Halbschattenfinsternis taucht der Mond ganz oder teilweise in den Halbschatten der Erde ein, jedoch nicht in den Kernschatten.
Weitere Bilder und Informationen zu Mondfinsternissen findest du z.B. auf der Seite //www.mondfinsternis.net/.
Eine schöne Animation der 1997 Mondfinsternis von Gordon Garrad findet man auf der sehr informativen Seite von Thomas Gebhardt.
Eine weitere Animation der Mondfinsternis bietet M. Fowler von der University of Virginia.
Mond bei totaler Mondfinsternis
Der Reiz einer totalen Mondfinsternis besteht darin, dass der Mond selbst während der Totalität nicht vollständig dunkel erscheint, sondern meistens in fahlen roten, grauen und braunen Farbtönen schimmert (siehe unten rechts in Abb. 2).
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Ursache für diese "Restbeleuchtung" ist die Erdatmosphäre. Sonnenlicht, das die Erdatmosphäre an der Tag-Nachtgrenze fast streifend trifft, wird in der Atmosphäre ähnlich wie in einer Linse ein wenig abgelenkt und in den Kernschatten der Erde hineingebrochen (siehe Abb. 3). Und weil auf dem langen Weg durch die Atmosphäre der blaue Anteil des Sonnenlichts stärker an den Luftteilchen gestreut wird als der rote, beleuchtet das übrigbleibende Licht wie beim Abend- oder Morgenrot den Mond vorwiegend in warmen Farbtönen.
Eine Mondfinsternis ist ein natürliches Experiment, bei dem der Mond als mobile Leinwand im Erdschatten steht. Das vom Mond aufgefangene Licht verrät uns dabei einiges über unsere Erdatmosphäre.
a) Gib an, in welcher Mondphase Mondfinsternisse zu beobachten sind. Begründe deine Entscheidung.
b) Gib an, wo man eine Mondfinsternis auf der Erde sehen kann, und erkläre deine Aussage.
c) Erläutere, warum nicht bei jedem Vollmond Mondfinsternis ist.
Lösung
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Abb. 4 Die Mondbahnebene ist gegen die Erdbahnebene (Ekliptik) um ca. \(5^\circ\) geneigt. Erdschatten und Mond verfehlen sich daher meist. Hinweis: Die Darstellung ist nicht maßstabsgerecht.Die Mondbahnebene ist um etwa \(5^\circ \) gegen die Erdbahnebene (Ekliptik) geneigt. Der Mond bewegt sich auf seiner Bahn so, dass er bei Vollmond bis über \(37000\,{\rm{km}}\) oberhalb oder unterhalb der Verbindungslinie Erde - Sonne, die ja auch die Achse des Schattenkegels darstellt, vorbeizieht. Der Erdschatten ist in der Mondentfernung acht mal kleiner. Wenn sich der Mond in der Nähe der Knotenpunkte (den Schnittpunkten der Erdbahnebene mit der Mondbahnebene) befindet, ist dies der Fall. Meistens verfehlt der Vollmond aber den Kernschatten der Erde.
d) Für mathematisch Fortgeschrittene: Der Kernschatten der Erde hat die Form eines geraden Kreiskegels mit der Erdkreisscheibe als Grundfläche. Bekannt sind die folgenden Daten:
| \(1392\cdot10^6\,\rm{m}\) | \(1{,}4\,\rm{m}\) |
| \(12{,}7\cdot10^6\,\rm{m}\) | \(1{,}3\,\rm{cm}\) |
| \(3{,}48\cdot10^6\,\rm{m}\) | \(3{,}5\,\rm{mm}\) |
| \(149600\cdot10^6\,\rm{m}\pm2500\cdot10^6\,\rm{m}\) | \(150\,\rm{m}\) |
| \(384\cdot10^6\,\rm{m}\pm21\cdot10^6\,\rm{m}\) | \(38\,\rm{cm}\) |
Zeige mit Hilfe der obenstehenden Daten durch Rechnung, dass die Länge des Kernschattens \(1378 \cdot {10^6}{\,\rm{m}} \pm 23 \cdot {10^6}{\,\rm{m}}\) beträgt.
Lösung
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Abb. 5 LösungsskizzeNach dem Strahlensatz gilt
\[\frac{{{d_{\rm{S}}}}}{{{d_{{\rm{ES}}}} + s}} = \frac{{{d_{\rm{E}}}}}{s}\]
wobei \(s\) die Kernschattenlänge ist. Daraus folgt
\[s \cdot {d_{\rm{S}}} = {d_{\rm{E}}} \cdot {d_{{\rm{ES}}}} + {d_{\rm{E}}} \cdot s \Leftrightarrow s \cdot {d_{\rm{S}}} - {d_{\rm{E}}} \cdot s = {d_{\rm{E}}} \cdot {d_{{\rm{ES}}}} \Leftrightarrow s \cdot ({d_{\rm{S}}} - {d_{\rm{E}}}) = {d_{\rm{E}}} \cdot {d_{{\rm{ES}}}} \Leftrightarrow s = \frac{{{d_{\rm{E}}} \cdot
{d_{{\rm{ES}}}}}}{{{d_{\rm{S}}} - {d_{\rm{E}}}}}\]
Mit den Zahlenwerten aus der Tabelle ergibt sich
\[s = \frac{{12{,}7 \cdot {{10}^6}{\,\rm{m}} \cdot \left( {149600 \cdot {{10}^6}{\,\rm{m}} \pm 2500 \cdot {{10}^6}{\,\rm{m}}} \right)}}{{1392 \cdot {{10}^6}{\,\rm{m}} - 12{,}7 \cdot {{10}^6}{\,\rm{m}}}} = 1378 \cdot {10^6}{\,\rm{m}} \pm 23 \cdot {10^6}{\,\rm{m}}\]
Die Kernschattenlänge schwankt also zwischen \(1355 \cdot {10^6}{\,\rm{m}}\) (wenn die Sonne nah da ist) und \(1401 \cdot {10^6}{\,\rm{m}}\) (wenn die Sonne weit weg ist). In einem Abstand von \(998 \cdot {10^6}{\,\rm{m}} \pm 16 \cdot {10^6}{\,\rm{m}}\) hat der Kernschattenkegel der Erde noch eine Fläche, so dass der ganze Mond hineinpasst. Da die Mondentfernung mit \(384 \cdot {10^6}{\,\rm{m}} \pm 21 \cdot {10^6}{\,\rm{m}}\) stets wesentlich geringer ist, kann der ganze Mond im Kernschatten der Erde verschwinden, was eine Mondfinsternis bedeutet.
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