Da die Ebene der Mondbahn gegenüber der Ebene der Erdbahn um 5.2° geneigt ist, sind Sonnen- und Mondfinsternisse viel seltener als Neu- und Vollmond. Trotz dieser Neigung kann es aber sein, dass Sonne, Erde und Mond in einer Linie sind. Das passiert vor allem dann, wenn der Mond in die Ebene der Erdbahn eintritt. Da die Mondbahn teilweise über und teilweise unter der Ebene der Erdbahn verläuft, schneidet sie die Ebene der Erdbahn in zwei Punkten, d.h. zwei Mal pro Umlauf.

Mondbahn und Erdbahn
Durch die Neigung der Mondbahn gegenüber der Erdbahn sind Sonne, Erde und Mond nur in seltenen Fällen (höchstens zwei Mal im Jahr) in einer Linie. Dies ist aber die Voraussetzung für eine Mond- oder Sonnenfinsternis.

Mondfinsternis

Eine totale Mondfinsternis findet dann statt, wenn der volle Mond in den Kernschatten der Erde eintritt. Der Mond bleibt wenige Stunden im Kernschatten und erscheint rot.

Um den Kernschatten zu konstruieren werden die gemeinsamen äusseren Tangenten um die Sonne und Erde gezeichnet. Für den Halbschatten brauchen wir die “inneren gemeinsamen Tangenten”. An der äusseren Grenze des Halbschattens kann man feststellen, dass von dort aus die ganze Sonne (gerade noch) gesehen werden kann.

Totale Mondfinsternis
Bei der totalen Mondfinsternis befindet sich der Mond im Kernschatten der Erde

Sobald der Mond aus dem Kernschatten in den Halbschatten tritt, hellt er auf und wird langsam wieder zu einem normalen Vollmond.

Partielle Mondfinsternis
Bei der partiellen Mondfinsternis befindet sich der Mond im Halbschatten der Erde und ist somit nur noch partiell der Sonnenstrahlung ausgesetzt.

Die rote Färbung des Mondes entsteht durch gestreutes rotes Licht. Sonnenstrahlen werden in der Atmosphäre der Erde in alle Richtungen gestreut. Allerdings wird kurzwelliges Licht stärker gestreut als langwelliges Licht. Beim langen Weg des Lichtstrahls durch die Atmosphäre (siehe Bild unten) sind die kurzwelligen Photonen (blaues Licht) bereits in alle Richtungen gestreut worden. Übrig geblieben sind die “streu-faulen” langwelligen Photonen (rotes Licht). Beobachter auf der Erde, die den Sonnenuntergang sehen, sehen eine rote untergehende Sonne.

Die roten Strahlen können in den Kernschatten der Erde gelangen, da sie durch die Streuung ihre Richtung geändert haben. So trifft viel rotes Licht auf den Mond. Auf dessen Oberfläche wird das Licht wieder gestreut und gelangt schliesslich zum Beobachter auf der Nachtseite der Erde.

Entstehung eines Blutmond bei einer totalen Mondfinsternis
Entstehung eines Blutmond bei einer totalen Mondfinsternis: Nach einem langen Weg durch die Erdatmosphäre ist mehrheitlich nur noch rotes Licht vorhanden. Dieses kann so gestreut werde, dass das rote Licht in den Kernschatten der Erde gelangt und die Mondoberfläche beleuchtet. Von der Erde aus sieht der Beobachter das vom Mond gestreute rote Licht, Globe, licensed under CC BY-SA 3.0

Vom Mond aus gesehen scheint zuerst die Sonne. Diese fängt an sich zu verdunkeln und sobald die Sonnenfinsternis (auf dem Mond) total ist, erscheint ein roter Ring um den Erdschatten herum, der die ganze Mondlandschaft in ein rotes Licht taucht.

Sonnenfinsternis

Wenn der Mond sich zwischen Sonne und Erde stellt, trifft der Mondschatten auf die Erde. Der Kernschatten des Monds ist auch ein Kegel. Der Zufall will es nun so, dass der Kegel ziemlich genau zwischen Mond und Erde reinpasst. Da der Mond sich nicht auf einer exakten Kreisbahn, sondern auf einer Ellipse sich bewegt, ist sein Abstand zur Erde gewissen Schwankungen unterworfen.

Wenn der Abstand etwas kleiner ist, dann wird die äusserste Spitze des Schattenkegel von der Erdoberfläche “abgeschnitten”. Ein rundes Gebiet von knapp 300 km Durchmesser ist dann im Kernschatten und erlebt eine totale Sonnenfinsternis. So wie sich Erde und Mond bewegen, bewegt sich auch diese dunkle Fleck auf der Erdoberfläche während wenigen Stunden über mehrere Tausend Kilometer. Für die Beobachter auf der Erde dauert die totale Sonnenfinsternis nur wenige Minuten. Sie ist deshalb ein ganz seltenes und höchst spezielles Ereignis.

Partielle und totale Sonnenfinsternis
In der sehr schmalen Region, die in den Kernschatten des Monds eintaucht, herrscht für wenige Minuten eine totale Sonnenfinsternis. Ausserhalb dieser Region wird die Sonne nur partiell verdeckt und es herrscht eine partielle Sonnenfinsternis.

Ein weit grösseres Gebiet wird vom Halbschatten des Mondes gestreift. Hier herrscht eine partielle Sonnenfinsternis, bei welcher nur ein Teil der Sonne abgedeckt wird. Weil der Rest der Sonne immer noch sehr hell ist, kann eine partielle Sonnenfinsternis nur mit entsprechendem Lichtschutz betrachtet werden.

Manchmal ist der Abstand zwischen dem Mond und der Erde etwas grösser als die Höhe des Schattenkegels. In so einem Fall sehen diejenigen Beobachter auf der Erde, die sich unmittelbar unter der Kegelspitze befinden, eine partielle Sonnenfinsternis, eine sog. Sonnenkorona. Um den etwas zu kleinen Mond bildet sich ein heller Sonnenring.

Annulare Sonnenfinsternis
Wenn der Mond etwas weiter von der Erde entfernt ist, reicht sein Kernschatten nicht bis zur Erdoberfläche. Damit wird der äusserste Ring der Sonne nicht verdeckt und es herrscht eine partielle annulare Sonnenfinsternis (leuchtender Ring).

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Aufgabensammlung

  • Sonnenfinsternis (0119)