Mondfinsternis
(Zeichnung nicht maßstabsgetreu)
Bei einer Mondfinsternis wird der Mond nicht mehr voll von der Sonne bestrahlt, da er durch den Schatten der Erde läuft, die zwischen Mond und Sonne steht. Dieses astronomische Ereignis tritt allein um die Vollmondphase ein und dann nur, falls der Vollmond einem der beiden Mondknoten so nahe ist, dass sich eine durch Mond, Erde und Sonne gehende Linie ergibt. Zwischen zwei Mondfinsternissen vergehen meistenfalls sechs Mondumläufe, manchmal fünf oder nur einer.
Mit bloßem Auge deutlich wahrzunehmen sind jene Ereignisse, bei denen der Mond durch den Kernschatten der Erde ganz oder zum Teil verdunkelt wird. Astronomisch zählen zu den Mondfinsternissen auch die wenig auffälligen, bei denen der Mond lediglich in den Halbschatten eintaucht. Bezogen auf die Fläche der Mondscheibe werden für Kern- wie für Halbschattenfinsternisse je vollständige oder totale und teilweise oder partielle Finsternisformen unterschieden.
Der entstehende Halbschatten ist wie bei der Sonnenfinsternis ein Übergangsschatten mit fließendem Helligkeitsübergang, da die Sonne eine flächige Lichtquelle und keine punktförmige Lichtquelle ist.
Das Eintreten eines Monds in den Schatten eines Planeten wird Immersion genannt.
Grundlagen
Erdbahn als großer Kreis, Mondbahn als kleine Kreise; bei Mondstellungen 1 und 4 kann eine Mondfinsternis entstehen, bei 2 und 3 eine Sonnenfinsternis.
(Abstände und Größen nicht maßstäblich, Neigung der Mondbahn vergrößert gezeigt)
Bei Vollmond steht der Mond in Opposition zur Sonne. Er befindet sich dabei zumeist nicht in der Ebene der Erdumlaufbahn (Ekliptik), da die Ebene seiner Umlaufbahn geringfügig gegen die Ekliptik geneigt ist (um etwa 5°). Nur wenn der Vollmond einem der beiden Schnittpunkte von Ekliptikebene und Mondbahn, Knoten genannt, hinreichend nahe ist, ereignet sich eine Mondfinsternis. Beim darauf folgenden Vollmond ist der Abstand zum Knoten meistens zu groß, beziehungsweise durchläuft der Mond den Knoten, wenn die Knotenlinie (als die Verbindung zwischen den beiden Knoten) nicht mehr auf die Sonne gerichtet ist. Somit findet dann keine Finsternis statt. Beim sechsten Vollmond in Folge hält sich der Mond jedoch wieder recht nahe einem Knoten auf, diesmal dem anderen, und eine Finsternis ist möglich, sofern ein maximaler Knotenabstand (Finsternis-Limit) nicht überschritten wird.
Nach den sechs Lunationen, die mit etwa 177 Tagen etwas weniger als ein halbes Jahr dauern, hat die Erde noch nicht die Hälfte ihrer Bahn (oder 180°) absolviert. Auch der Gegenknoten liegt nach dieser Zeit nicht genau gegenüber der Ausgangsstellung, denn die Knotenlinie hat sich leicht gegenläufig gedreht und zeigt schon nach etwa 173 Tagen (ein halbes Finsternisjahr) wieder zur Sonne.
Bezogen auf die Knotenpassage ist der Vollmond mithin nach sechs Mondphasenzyklen um etwa vier Tage verspätet, und der Knotenabstand hat sich um einen Betrag von etwa 4° (auf der Ekliptik gemessen) verändert. Wenn die Distanz gemessen zum Knotenpunkt größer als ungefähr 4,7° geworden ist, befindet sich der Mond nicht mehr total innerhalb des Kernschattens, es kann aber zu einer partiellen Kernschattenfinsternis kommen. Über etwa 10,6° Knotendistanz läuft der Mond nicht mehr durch den Kernschatten und es sind nur noch Halbschattenfinsternisse möglich, jenseits von etwa 16,7° befindet er sich auch außerhalb des Halbschattens. Mit einer unauffälligen Finsternis durch den Halbschatten hört somit ein solcher Zyklus von knapp halbjährlich einander folgenden Finsternissen auf und ein Semester-Zyklus – mit der Finsternisperiode von etwa 177 Tagen der Basis-Zyklus aller Finsterniszyklen – ist beendet (siehe Abbildung unten). Manchmal aber lag gegen Ende eines Semesterzyklus – wie in der Abbildung dargestellt – schon der um eine Lunation frühere Vollmond innerhalb des (westlichen) Finsternis-Limits, und ein neuer Semesterzyklus hatte bereits begonnen. Dessen nächste Finsternis findet dann fünf Lunationen nach der letzten Finsternis des vorherigen Zyklus statt.
Bei den ersten Finsternissen eines Zyklus nähert sich der Vollmond dem Knoten sukzessive, erreicht den kleinsten Abstand (als auffälligstes Ereignis) und entfernt sich wieder, bis das östliche Finsternis-Limit überschritten und der Zyklus zu Ende ist. Durchschnittlich enthält ein Semesterzyklus etwa 9 Mondfinsternisse und dauert rund 4,5 Jahre, wobei er sich mit anderen Semesterzyklen überschneiden kann. Mehr als die Hälfte der Ereignisse ist auffällig, zu Anfang und Ende eines Zyklus finden unauffällige Halbschattenfinsternisse statt.
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Im Unterschied zur Sonnenfinsternis ist eine Mondfinsternis von jedem Ort auf der Nachtseite der Erde aus zu sehen und bietet – abgesehen von der relativen Lage zum Horizont – auch überall den gleichen Anblick. Lokal gesehen, auf einen festen Ort bezogen, ist daher eine Mondfinsternis weitaus häufiger zu beobachten als eine Sonnenfinsternis. Global betrachtet, auf die Erdkugel als ganze bezogen, kommen Sonnenfinsternisse allerdings häufiger vor als die auffälligen Mondfinsternisse im Kernschatten der Erde.
Selbst bei einer totalen Mondfinsternis ist jedoch der genaue Zeitpunkt des Eintritts in den Kernschatten bzw. des Austritts mit einer irdischen Perspektive nicht exakt anzugeben. Nicht nur ist der Kernschattenrand unscharf und vom angrenzenden Halbschatten nicht leicht abzugrenzen, ein verbleibender feiner Randstreifen im Halbschatten wäre mit bloßem Auge von der Erde aus auch ebenso wenig wahrzunehmen wie beispielsweise eine sehr feine Mondsichel nicht zu sehen ist.
Die Voraussage von Finsternisterminen gehört zu den schwierigeren astronomischen Aufgaben, da für die Bahnbestimmung sowohl von Erde wie von Mond als Himmelskörper zahlreiche Einflüsse mit periodischen Schwankungen oder säkularen Driften als Störgrößen bei der Berechnung zu berücksichtigen sind. Zudem ist auch bei einem idealisiert angenommenen geometrischen Schattenwurf – unter Vernachlässigung der Sonnenkorona bzw. von Protuberanzen und ohne Berücksichtigung der Erdatmosphäre bzw. von veränderlichen Bedingungen der Brechung – wegen der gegenseitigen Beeinflussung der Körper für dieses Mehr-Körper-Problem eine algebraisch exakte Lösung nicht möglich, sondern nur eine Approximation durch numerische Verfahren der Modellation. Inwieweit diese Annäherungen zutreffen, kann anhand von Beobachtungsdaten bestätigt beziehungsweise verbessert werden.
Arten von Mondfinsternissen
und ihre hypothetische relative Häufigkeit, wenn Mondbahn und Erdbahn kreisförmig wären, bei Halbschattenradius = 4,65 r
und Kernschattenradius = 2,65 r.
(r = Mondradius)
28. August 2007
16. August 2008
15. März 2006
Man unterscheidet vier Arten von Mondfinsternissen:
Totale Mondfinsternis
Bei der totalen Mondfinsternis tritt der Mond im Verlauf der Finsternis vollständig in den Kernschatten der Erde ein. Da durch die Erdatmosphäre Sonnenlicht in den Schattenkegel hinein gebrochen wird, vor allem langwellige rote Anteile, bleibt der Mond, selbst bei seinem Gang durch den Kernschatten der Erde, noch schwach sichtbar als sogenannter Blutmond. Die maximal mögliche Dauer einer totalen Mondfinsternis beträgt etwa 106 Minuten.[1]
Partielle Mondfinsternis
Nur ein Teil des Mondes taucht in den Kernschatten der Erde ein, der Rest befindet sich weiterhin im Halbschatten.
Dabei wird der Rand des von der Erde geworfenen Schattens auf der Mondoberfläche abgebildet und als Kreisbogen sichtbar, wie auch zu Anfang und Ende einer totalen (Kernschatten-)Finsternis. Aus dieser Kreisform des Schattens schlossen die Griechen der Antike bereits, dass die Erde eine Kugel sei.
Totale Halbschattenmondfinsternis
Der Mond taucht hierbei vollständig in den Halbschatten der Erde ein, jedoch nicht in den Kernschatten, wobei der dem Kernschatten nächstgelegene Teil des Mondes oft merklich dunkler ist. Eine totale Halbschattenfinsternis ist selten, weil der Ring des Halbschattens in etwa so breit ist wie der Durchmesser des Mondes (siehe vorstehende Grafik der Finsternisarten) und es in den wenigen Fällen, in denen der Mond nahezu passend durch den Halbschatten zieht, auch sein kann, dass er etwas kleiner ist als der Mond. Dieser befindet sich dann teils außerhalb des Halbschattens oder teils innerhalb des Kernschattens oder beides; es kommt so zu einer Halbschattenfinsternis, die partiell ist (siehe unten), oder aber zu einer partiellen Kernschattenfinsternis. Die letzte totale Halbschattenfinsternis fand am 14. März 2006 statt, die nächste dieser Art wird für den 29. August 2053 vorausgesagt.[2]
Partielle Halbschattenfinsternis
Der Mond taucht nur teilweise in den Halbschatten ein. Er ist dabei kaum merklich verdunkelt. Nur wenn die Magnitude größer als 0,7 ist, kann mit freiem Auge eine Verfinsterung auf der Seite zum Kernschatten hin sicher wahrgenommen werden.[2] Eine partielle Halbschattenfinsternis des Mondes ist relativ häufig; da dessen Durchmesser annähernd so groß ist wie der Ring des Halbschattens der Erde breit, tritt sie etwa ebenso häufig auf wie die partielle Kernschattenfinsternis.
Häufigkeit
Im über mehrere Jahrhunderte gemittelten Durchschnitt sind Halbschattenfinsternisse ungefähr halb so häufig wie Kernschattenfinsternisse, die als totale ca. 29 Prozent und als partielle ca. 34 Prozent aller Mondfinsternisse ausmachen beziehungsweise mit einem Verhältnis von etwa 70 zu 84 Ereignissen pro Jahrhundert auftreten.[2]
Im 21. Jahrhundert sind allerdings deutlich mehr totale (85) als partielle (57) Kernschattenfinsternisse zu erwarten.[2] Denn der Mond durchläuft in diesem Jahrhundert häufiger als im Durchschnitt bei Vollmond nahe der Erde deren breiteren Schatten.
Kenngrößen
Magnitude (oder Größe)
(rot gezeichnete Strecke im Verhältnis zu Monddurchmesser).
Die Magnitude oder Größe einer Mondfinsternis ist ein Maß für die Eindringtiefe des Mondes in den Erdschatten. Auf einer durch die Mitte des Schattens und die Mondmitte gelegten Geraden wird der Abstand gemessen zwischen dem schattenzentrumnäheren Mondrand und dem mondnäheren Schattenrand. Der auf den Monddurchmesser bezogene Messwert ist die Magnitude der Finsternis.
Bei Kernschattenfinsternissen wird das Eindringen in den Kernschatten gemessen. Bei einem mittleren Verhältnis zwischen Kernschatten- und Monddurchmesser von etwa 2,65 variiert die umbrale Magnitude zwischen 0 und 1,825 (partiell 0 bis 1,0; total 1,0 bis 1,825).
Bei Halbschattenfinsternissen wird das Eindringen in den Halbschatten gemessen. Bei einem mittleren Verhältnis zwischen Halbschattenbreite und Monddurchmesser von etwa 1,0 variiert die penumbrale Magnitude zwischen 0 und bis 1,0 (partielle Halbschattenfinsternis); Werte von 1,0 und größer (totale Halbschattenfinsternis) setzen den Fall voraus, dass der Halbschatten mindestens so breit ist wie der Mond (das Verhältnis ist nur selten geringfügig größer als 1,0).
Danjon-Skala
Totale Kernschattenfinsternisse lassen sich auch durch die Helligkeit und Färbung des Kernschattens infolge des von der Erdatmosphäre gebrochenen Lichtes charakterisieren. Abhängig vom Verschmutzungsgrad der Atmosphäre (insbesondere der Stratosphäre) zeigen sich Unterschiede, zum Beispiel können nach explosiven vulkanischen Eruptionen mit starkem Ascheausstoß dunkle oder sehr dunkle Finsternisse auftreten. André Danjon hat folgende einfache Skala vorgeschlagen, um die beobachtete Helligkeit (als Parameter L) zu kennzeichnen, die nach ihm benannte Danjon-Skala:
- L = 0 sehr dunkle Finsternis; Mond fast unsichtbar, besonders in der Mitte der Totalität
- L = 1 dunkle Finsternis; graue oder bräunliche Färbung; Details der Mondoberfläche nur schwierig erkennbar
- L = 2 tiefrote oder rostrote Finsternis, mit einem sehr dunklen Zentrum, aber relativ hellen Rand des Kernschattens
- L = 3 ziegelrote Finsternis, gewöhnlich mit einem hellen oder gelblichen Rand des Kernschattens
- L = 4 sehr helle kupferrote oder orange Finsternis mit einem sehr hellen bläulichen Kernschattenrand.
Optische Effekte während einer Mondfinsternis
Auch wenn der Mond bei einer totalen Finsternis vollständig im Kernschatten der Erde liegt, ist er noch schwach sichtbar, meist rötlich oder bräunlich. Grund dafür ist Sonnenlicht, das an der Erde vorbei durch ihre Atmosphäre dringt, von deren Schichten in den Bereich des Kernschattens hinein gebrochen wird und so den Mond beleuchtet. Da die kurzwelligeren Anteile atmosphärisch stärker gestreut werden, ist es vor allem langwelliges Licht, das den Mond erreicht und an dessen Oberfläche reflektiert wird. Vom Mond aus gesehen wäre eine Sonnenfinsternis zu beobachten, bei der die Atmosphäre der Erde als ein hell rötlich bis orange leuchtender Ring erscheint.
Bei einer zentralen Finsternis nimmt die scheinbare visuelle Helligkeit des Mondes von etwa −12m,5 auf etwa +2m ab, also etwa um den Faktor 300.000. Im Zentrum des Kernschattens beträgt die Abnahme der Intensität (also die Helligkeitsabnahme, die ein Astronaut auf der Mondoberfläche erleben würde) sogar etwa 1–2 Millionen, rund einhundertmal mehr als bei einer totalen Sonnenfinsternis. Die Mondfinsternisse der vergangenen Jahre waren überwiegend hell, um L = 3, was auf eine verhältnismäßig saubere Stratosphäre schließen lässt. Nach dem Ausbruch des Vulkans Pinatubo im Jahre 1991 wurden teilweise sehr dunkle Finsternisse beobachtet. Bei einer solchen Finsternis kann die Mondhelligkeit bis auf etwa +5m abfallen, entsprechend einem Faktor von 10 Millionen. Um etwa denselben Faktor nimmt auch die Intensität im Zentrum ab; die untere Grenze wird durch das Licht der Korona der Sonne bestimmt, die durch die Erde nur teilweise verdeckt wird. Somit ermöglicht die Farbe und Helligkeit des verfinsterten Mondes Rückschlüsse auf die Reinheit der Erdatmosphäre. Heute ist diese Methode jedoch überholt, da Messungen von Satelliten oder Flugzeugen aus viel genauere Informationen über Verunreinigungen der Luft liefern als die reine optische Abschattung dies erlaubt.
Ein weiterer interessanter Effekt ist die Erdschattenvergrößerung. Wer schon eine Mondfinsternis teleskopisch verfolgt hat, wird unschwer festgestellt haben, dass die Kontaktzeiten oft von den gerechneten Werten abweichen. In der Tat erscheint der Schattenkegel der Erde wegen der Atmosphäre etwa 2 % größer, ein Effekt, auf den bereits Philippe de La Hire im frühen 18. Jahrhundert hinwies. Der Kernschattenrand erscheint nicht scharf, sondern diffus verwaschen.
Mondfinsternisse der Jahre 2014–2016
Die letzte totale Mondfinsternis war am 4. April 2015. Die nächste totale Mondfinsternis findet am 28. September 2015 statt.
Daten aller Mondfinsternisse des 20. und 21. Jahrhunderts sind in den Listen von Mondfinsternissen angegeben.
| Datum | Eintritt Halb- schatten |
Eintritt Kern- schatten |
Beginn der Totalität |
Maximum | Art | Ende der Totalität |
Austritt Kern- schatten |
Austritt Halb- schatten |
Größe | Sichtbarkeit 10° östl. Länge |
Quelle |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15. April 2014 | 04:53 | 05:58 | 07:06 | 07:47 | total (KS) | 08:24 | 09:33 | 10:37 | u: 1,291 | nicht sichtbar | [5] |
| 8. Oktober 2014 | 08:15 | 09:14 | 10:25 | 10:55 | total (KS) | 11:24 | 12:34 | 13:33 | u: 1,166 | nicht sichtbar | [6] |
| 4. April 2015 | 09:01 | 10:15 | 11:57 | 12:01 | total (KS) | 12:02 | 13:44 | 14:58 | u: 1,001 | nicht sichtbar | [7] |
| 28. September 2015 | 00:11 | 01:07 | 02:11 | 02:48 | total (KS) | 03:23 | 04:27 | 05:22 | u: 1,276 | komplett | [8] |
| 23. März 2016 | 09:39 | 11:48 | partiell HS | 13:54 | u: -0,312 | nicht sichtbar | [9] | ||||
| 16. September 2016 | 16:54 | 18:55 | partiell HS | 20:53 | u: -0,064 | bei Mondaufgang | [10] |
Tageszeiten in Weltzeit WZ (… + 1 Stunde = Mitteleuropäische Zeit MEZ; … + 2 Stunden = Mitteleuropäische Sommerzeit MESZ)
Totale Mondfinsternisse langer Dauer zwischen 1900 und 2100
Dauer ≥ 100 min[11]
| Datum | Dauer |
|---|---|
| 4. August 1906 | 1 h 41 m |
| 16. Juli 1935 | 1 h 40 m |
| 26. Juli 1953 | 1 h 41 m |
| 25. Juni 1964 | 1 h 41 m |
| 6. Juli 1982 | 1 h 46 m |
| 16. Juli 2000 | 1 h 46 m |
| 15. Juni 2011 | 1 h 40 m |
| 27. Juli 2018 | 1 h 43 m |
| 26. Juni 2029 | 1 h 42 m |
| 7. Juli 2047 | 1 h 40 m |
| 17. Juni 2076 | 1 h 41 m |
| 28. Juni 2094 | 1 h 41 m |
Das Datum gibt jeweils den Tag an, auf den die Mitte der Finsternis in Weltzeit fällt.
Siehe auch
Weblinks
- Mondfinsternis.info – deutschsprachige Informationen, sehr ausführlich zu jeder Finsternis
- „Frag' den Sterngucker – Wann kommt es zu einer Mondfinsternis?“ – Video mit erklärender Animation
- frei skalierbare Skizze von Sonne, Erde und Mond sowie Kern- und Halbschatten der Erde
- NASA – Lunar Eclipse Page (englisch)
- Robert Harry van Gent: A Catalogue of Eclipse Cycles. In: Webpages on the History of Astronomy. 8. September 2003, abgerufen am 4. Oktober 2008 (engl., Zusammenstellung aller Zyklen in den Serien der Finsternisse).
- Bayerischer Rundfunk Wissen – ausführliche Informationen zur jeweils nächsten Mondfinsternis in Deutschland mit Grafiken, Fotos und Erklärvideo
Einzelnachweise
- ↑ J. Meeus: More Mathematical Astronomy Morsels, Willmann-Bell Inc., 2002, Kap.24 ISBN 0-943396-74-3
- ↑ a b c d J. Meeus, H. Mucke: Canon der Mondfinsternisse -2002 bis +2526, 3. Auflage, S. XXVI. Astronomisches Büro, Wien, 3. Auflage 1992.
- ↑ NASA: Lunar Eclipses: 2011 - 2020. Abgerufen am 10. Dezember 2011.
- ↑ NASA: Lunar Eclipses: 2001 - 2010. Abgerufen am 10. Dezember 2011.
- ↑ NASA: Total Lunar Eclipse of 2014 Apr 15. (PDF; 52 kB) Abgerufen am 16. Dezember 2012.
- ↑ NASA: Total Lunar Eclipse of 2014 oct 08. (PDF; 52 kB) Abgerufen am 16. Dezember 2012.
- ↑ NASA: Total Lunar Eclipse of 2015 apr 4. (PDF; 50 kB) Abgerufen am 5. Januar 2015.
- ↑ NASA: Total Lunar Eclipse of 2015 sep 28. (PDF; 52 kB) Abgerufen am 5. Januar 2015.
- ↑ NASA: Penumbral Lunar Eclipse of 2016 mar 23. (PDF; 43 kB) Abgerufen am 5. Januar 2015.
- ↑ NASA: Penumbral Lunar Eclipse of 2016 sep 16. (PDF; 44 kB) Abgerufen am 5. Januar 2015.
- ↑ NASA Eclipse Web Site