Astronomie Einführung

Mondfinsternisse finden nur bei Vollmond statt. Bei Vollmond befindet sich der Mond am Himmel auf der anderen Seite wie die Sonne. Dies ist genau die Voraussetzung dafür, dass sich der Mond (ganz oder teilweise) im Schatten der Erde befindet.

Eine Mondfinsternis kann man überall dort auf der Erde sehen, wo man auch den Mond sehen kann. Der Grund hierfür ist, dass sich der Mond im Schatten der Erde befindet und deshalb Teile des Mondes nicht von der Sonne beleuchtet werden.

Entstehung von Sonnen- und Mondfinsternissen.
Die Lage der Mondbahn wurde für das Jahr 1999 gezeichnet.
Skizze von Thomas Bär, AGZU

Nebenstehende Skizze zeigt grün die Ekliptik und violett die Mondbahn.

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.

Nach 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
\[s = \frac{{12,7 \cdot {{10}^6}{\rm{m}} \cdot \left( {149600 \cdot {{10}^6}{\rm{m}} \pm 2500 \cdot {{10}^6}{\rm{m}}} \right)}}{{1392 \cdot {{10}^6}{\rm{m}} - 12,7 \cdot {{10}^6}{\rm{m}}}} = 1378 \cdot {10^6}{\rm{m}} \pm 23 \cdot {10^6}{\rm{m}}\]

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 Abbildung). 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.