Sonnen- und Mondfinsternisse

Was ist eine Sonnenfinsternis?

Bei einer Sonnenfinsternis schiebt sich der Mond zwischen Sonne und Erde, so dass sein Schatten auf die Erde fällt. Das Gebiet, das im Schatten des Mondes liegt, erlebt eine Sonnenfinsternis.

Die Sonnenfinsternis wird als partiell bezeichnet, wenn das Schattengebiet zum Halbschatten gehört, d.h. wenn nicht die ganze Sonne abgedeckt ist und noch Licht in das betroffene Gebiet fällt.

Eine totale Sonnenfinsternis entsteht dort, wo der Kernschatten des Mondes die Erdoberfläche erreicht. Das ist ein Schattenfleck von ca. 300 km Breite, der mit grosser Geschwindigkeit über die Erdoberfläche fegt. Die Wahrscheinlichkeit an einem bestimmten Ort auf der Erdoberfläche eine totale Sonnenfinsternis zu erleben ist deshalb sehr klein und sie dauert auch nur ein paar Minuten.

Da Mond und Erde sich gemäss Keplers Gesetzen auf elliptischen Bahnen bewegen, sind die Abstände zwischen Sonne, Mond und Erde gewissen Schwankungen unterworfen.

Manchmal ist der Abstand zwischen dem Mond und der Erde etwas grösser, so dass die Spitze des Schattenkegels des Monds die Erdoberfläche nicht mehr erreicht. In so einem Fall sehen diejenigen Beobachter auf der Erde, die sich unmittelbar unter der Kegelspitze befinden, eine sog. annulare Sonnenfinsternis. Um den etwas zu kleinen Mond bildet sich ein heller Sonnenring.

Es ist ein unglaublicher Zufall, dass der Mond (von der Erde aus gesehen) gleich gross ist, wie die Sonne. Die Abdeckung passt genau!

Das hat damit zu tun, dass der Mond rund 400 mal kleiner als die Sonne ist, dafür aber rund 400 mal näher, wodurch er für uns die gleiche Grösse am Himmel hat:

• Mond: Durchmesser: 3’474.8 km, mittlerer Abstand: 384’400 km
• Sonne: Durchmesser: 1’393’000 km, mittlerer Abstand: 148’500’000 km

Was ist eine Mondfinsternis?

Sonnenfinsternisse sind selten und können auch nur an ganz bestimmten Orten beobachtet werden. Mondfinsternisse sind etwas weniger selten und können gut von überall auf der Schattenseite der Erde beobachtet werden.

Bei einer partiellen Mondfinsternis wird nur ein Teil des Monds vom Kernschatten der Erde getroffen, so dass dem Vollmond “ein Stück fehlt”. Auf jeden Fall ist der Mond im Halbschatten der Erde.

Eine totale Mondfinsternis entsteht dann, wenn der Mond für wenige Stunden ganz in den Kernschatten der Erde eintaucht. Er verdunkelt nicht komplett, sondern streut rotes Licht zurück (“Blutmond”).

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.

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

Wie entsteht der Blutmond?

Die rote Färbung des Mondes bei einer totalen Mondfinsternis entsteht durch Streuung von Licht in der Atmosphäre. 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) ist das kurzwellige, blaue Licht bereits in alle Richtungen gestreut worden (blauer Himmer). Übrig geblieben ist das “streu-faulen” langwellige, rote Licht. Beobachter auf der Erde, die z.B. den Sonnenuntergang sehen, sehen eine rote untergehende Sonne.

Alle Orte auf der Erde, die den Sonnenuntergang sehen, sehen rotes Licht. Die Orte auf der anderen Seite der Erde sehen im gleichen Moment einen roten Sonnenaufgang.

Diese Ort befinden sich auf einem Kreis, an der Grenze zwischen der beleuchteten Erdhälfte und der dunklen Erdhälfte. Die Sonnenstrahlen, die weitergehen, kommen in den Kernschatten der Erde und machen, dass von dort aus gesehen, die Erde eine dunkle Scheibe ist mit einer rot glühenden Atmosphäre!

So trifft ausschliesslich rotes Licht auf den Mond. Auf dessen Oberfläche wird das Licht wieder gestreut und gelangt schliesslich zum Beobachter auf der Nachtseite der Erde.

Warum sind Finsternisse eher selten?

Wäre die Umlaufbahn des Monds um die Erde in der gleichen Ebene, wie die Umlaufbahn der Erde um die Sonne, dann gäbe es sehr oft Sonnen- und Mondfinsternisse.

Jedes Mal, wenn die Sonne, die Erde und der Mond in einer Linie stehen, wäre der Mond im Kernschatten der Erde (Mondfinsternis) oder die Erde im Schatten des Monds (Sonnenfinsternis).

Es gäbe eigentlich keinen Vollmond, denn der wäre immer im Schatten der Erde. Bei Neumond hätten wir jedes Mal eine Sonnenfinsternis. 😎

Tatsächlich sind Sonnen- und Mondfinsternisse aber viel seltener, denn die Umlaufbahn des Monds ist gegenüber der Umlaufbahn der Erde um 5.2° geneigt.

In den meisten Fällen ist der Vollmond über oder unter der Ebene der Erde mit der Sonne, so dass der Kernschatten der Erde den Mond nicht trifft. Analog ist der Neumond über oder unter der Linie Sonne-Erde und der Kernschatten des Monds verläuft an der Erde vorbei.

Nun kann es aber sein, dass Sonne, Erde und Mond in einer Linie sind. Das passiert 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.

Zwei mal pro Jahr gibt es grundsätzlich die Chance, eine Mond- oder Sonnenfinsternis zu haben. Dazu muss der Mond exakt zu diesem Zeitpunkt an diesem Ort sein, wo seine Bahn die Ebene der Erde und Sonne kreuzt.