Totale Mondfinsternis 2008
Bild: Christoph Goldmann

Entstehung von Mondfinsternissen und Sonnenfinsternissen

Mondfinsternis

Wie wir wissen, kommt eine Mondfinsternis dann zustande, wenn der Mond durch den von der Sonne in den Weltraum hinaus projizierten kegelförmigen Erdschatten eintritt und damit verdunkelt wird. Mond, Erde und Sonne liegen damit auf einer Linie. Dies geschieht aber nicht bei jedem Umlauf des Mondes um die Erde, da die Mondbahn gegen die Erdbahn (Ekliptik) geneigt ist, und meistens bei Vollmond ober- oder unterhalb des Erdschattens vorbeiläuft. Nur wenn die Mondbahn (bei Vollmond) gerade die Erdbahnebene (Ekliptik) schneidet (=Knotenpunkt) kann es zu einer Verfinsterung kommen.

Wir unterscheiden Halbschattenfinsternisse und Kernschattenfinsternisse. Der Halbschatten tritt dadurch auf, da die Sonne keine punktförmige Strahlungsquelle ist.



Da der Erdschatten in Mondentfernung wesentlich größer als der Monddurchmesser ist, ( ca. 3x) ist ein exaktes Zusammentreffen von Vollmond mit Knotendurchgang nicht erforderlich. Es reicht wenn er sich zum Zeitpunkt der Opposition in der Nähe des Knotens befindet. Läuft er mit seinem gesamten Durchmesser durch den Kernschatten der Erde so tritt Totalität ein.

Aufgrund der Größe des Kernschattenbereiches kann die Totalität bis zu 100 Minuten dauern, aber nur dann, wenn der Mond zentral durch den Schattenkegel läuft. Der Mond erhält zu diesem Zeitpunkt kein Licht von der Sonne und ist theoretisch daher nicht zu sehen. Der geometrische Kernschatten reicht bis in eine Entfernung von ca. 220 Erdradien (ca. 1,4 Mio km) Da das Sonnenlicht aber an der Erdatmosphäre gestreut wird und am Erdrand auch gebeugt wird, ist der tatsächlich völlig dunkle Schattenkegel nur ca. 40 Erdradien lang, also etwa 250.000 km.

Dadurch ergibt sich auch keine klar definierte Schattengrenze – siehe Bild 2.

Der Mond liegt in einer mittleren Entfernung von ca. 60 Erdradien, daher trifft ein kleiner Teil des Sonnenlichtes dennoch den Mond. Wie wir jeden Morgen und Abend sehen können, ist das Licht der auf- bzw. untergehenden Sonne rötlich verfärbt, da der blaue Anteil des Spektrums vom Wasserdampf und Staub in der irdischen Atmosphäre stärker absorbiert wird als das rötliche (langwelligere) Licht. Aus diesem Grund ist auch der verfinsterte Mond meist tiefrot verfärbt.



Sonnenfinsternis

Jedes Monat (genau alle 29,53 Tage = synodischer Monat) läuft der Mond zwischen Erde und Sonne durch (=Konjunktion), doch nur in Ausnahmefällen tritt er dabei genau zwischen Erde und Sonne. Das liegt daran, weil die Mondbahn gegenüber der Erdbahn (=Ekliptik) um ca. 5,1 Grad geneigt ist. Bei einer Konjunktion steht der Mond daher meist etwas über- oder unterhalb der Sonne und der Mondschatten verfehlt die Erde. Kreuzt die Mondbahn aber während der Neumondphase die Ekliptik (=Knotenpunkt), so stehen die drei Körper - Sonne, Mond und Erde - auf einer Linie und der kegelförmige Mondschatten trifft die Erde.





Durch eine glückliche Fügung der Schöpfung sind der Mond und die Sonne von der Erde aus betrachtet nahezu gleich groß. Während die Sonne in Wirklichkeit einen Durchmesser von 1,4 Mio km hat, ist der Mond mit knapp 3500 km geradezu winzig, durch seine geringe Entfernung von der Erde erscheint er uns aber in gleicher Größe.

Leider sind die Verhältnisse nicht ganz so einfach. Wie bereits Kepler in seinen berühmten drei Gesetzen formuliert hat, sind die Bahnen der Planeten keine Kreise sondern Ellipsen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht - respektive die Erde im Falle der Bahn unseres Mondes. Das führt dazu, dass die Entfernungen zwischen den Himmelskörpern nicht konstant sind. Damit verändert sich aber auch die scheinbare Größe der Himmelskörper während eines Umlaufs, und dies führt wieder zu unterschiedlichen Erscheinungsformen von Finsternissen.

Totale Sonnenfinsternis: Der Mond verdeckt zur Gänze die Sonne

Ringförmige Sonnenfinsternis:
Der Mond ist scheinbar kleiner als die Sonne, ein schmaler Ring der Sonne bleibt sichtbar.

In diesem Fall ist der Mond scheinbar kleiner als die Sonne und er ist damit nicht imstande die Sonne vollständig zu bedecken. Im zentralen Gebiet der Finsternis bleibt daher einer schmaler Ring rund um die unbeleuchtete Mondscheibe sichtbar. Obwohl es sich maximal um nur wenige Prozent der Sonnenfläche handelt, bleibt es relativ hell und die schönen Effekte einer Totalität, wie Protuberanzen, helle Sterne oder die hellen Planeten wie Venus, Jupiter etc. am Himmel bleiben unsichtbar. Trotzdem übt der schmale Sonnenring eine eigenartige Faszination aus.

Möglich ist auch eine Kombination aus ringförmiger und totaler Finsternis. Die Finsternis beginnt ringförmig und wechselt beim Schattenlauf über die Erdoberfläche in eine totale Phase (um möglicherweise wieder als ringförmige Finsternis zu enden)

Tatsächliche Größenverhältnisse:

Sonnendurchmesser in Abhängigkeit der Erdentfernung:
Erde im Perigäum (kleinste Sonnenentfernung) : 147,1 Mio.km Durchmesser : 32,53 Bogenminuten
Erde im Apogäum (größte Sonnenentfernung) : 152,1 Mio km Durchmesser : 31,47 Bogenminuten
Monddurchmesser in Abhängigkeit zur Erdentfernung:
Mond im Perigäum: 356.400 km Durchmesser : 33,53 Bogenminuten
Mond im Apogäum: 406.700 km Durchmesser : 29,23 Bogenminuten

Schwankung des scheinbaren Durchmessers von Sonne und Mond :


Im Extremfall hat der Schattenkegel des Mondes auf der Erde ca. 300 km Durchmesser und die Totalität der Finsternis dauert dann etwas mehr als 7 Minuten, im schlechtesten Fall endet der Schattenkegel mehr als 30 000 km über der Erdoberfläche und es bleibt nur eine ringförmige Phase zu beobachten.

Häufigkeit von Finsternissen

Betrachtet man die gesamte Erde, so sind Sonnenfinsternisse deutlich häufiger als Mondfinsternisse (ca. 1,5 x). Für einen bestimmten Punkt auf der Erdoberfläche sind aber Mondfinsternisse häufiger. Dies liegt auch daran, dass Mondfinsternisse von jedem Punkt der Erdoberfläche (natürlich nur wo der Mond gerade über dem Horizont steht) beobachtet werden können, Sonnenfinsternisse aber nur für relativ kleine Bereiche auf der Erdoberfläche sichtbar sind.



Wie wir auf dem Bild sehen, kann der Mond für eine Sonnenfinsternis eine deutlich größere ekliptikale Breite einnehmen (ca.1,5 Grad) als für Mondfinsternisse (ca. 1 Grad).
In einem Jahr finden maximal 7 Finsternisse, davon 5 SF und 2 MF (oder 3 MF und 4 SF) statt. Minimal gibt es 2 Finsternisse, diese dann jedoch beide SF.

Die gleiche Mondphase kehrt nach einem synodischen Monat ( 29,53 Tage) wieder. Der Durchgang des Mondes durch den gleichen Knotenpunkt (auf- oder absteigend) findet alle 27,21 Tage statt (drakonitischer Monat). Da 223 synodische Monate etwa 242 drakonitischen Monaten entsprechen, wiederholen sich Finsternisse in fast identischen Punkten nach diesem Zeitraum (= 18 Jahre und 11 Tage resp. 10 Tage – Schaltjahre!!) . Diesen Zeitraum nennt man Saros-Zyklus. Er war bereits in der Antike bekannt und diente schon damals der Vorhersage von Finsternissen.

Im letzten Jahrhundert fanden 228 Sonnenfinsternisse und 148 Mondfinsternisse statt.

Artikel: Manfred Nehonsky