Bewegung des Mondes

Mondphasen Gebundene Rotation Mond- und Sonnenfinsterniss Libration Simulation Simulation Guide

Diese Bewegung des Mondes würde man sehen, wenn man einen Monat lang von der Erde aus zum Mond schauen könnte. Viele Effekte sind erkennbar:

Mondphasen

Zuerst fallen die verschiedenen Mondphasen auf, also die Wanderung der Grenze zwischen beleuchteter und unbeleuchteter Mondhälfte (dem sog. Terminator) über die sichtbare Mondscheibe. Die Mondphasen entstehen aus der wechselnden Anordnung von Sonne, Erde und Mond beim Umlauf des Mondes um die Erde: Die Sonne beleuchtet immer eine Hälfte der Mondkugel. Von der Erde, unserem Beobachtungsstandort aus, sehen wir aber nicht nur diese Hälfte, sondern auch einen Teil der unbeleuchtete Hälfte. Der Mond zeigt also eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Sichelgestallt.

Als Hauptphasen erleben wir:

Interessanterweise ist bei dünnen Mondsicheln, also um Neumond herum, auch die gerade unbeleuchtete Mondseite sichtbar, sie leuchtet schwach, im sog. Aschgrauen Mondlicht. Dies entsteht dadurch, das Licht, das von der Sonne auf die Erde fällt, von der Erde zum Mond gestreut wird. Wir sehen die dunkle Seite dann also im von der Erde kommenden Licht. Dieser Effekt wird umso schwächer, je voller die Mondsichel wird. Einerseits wird die beleuchtete Mondseite immer heller, andererseits der vom Mond aus sichtbare, beleuchtete Teil der Erde immer kleiner.

Gebundene Rotation

Weiterhin fällt in der Animation auf, daß eigentlich immer die gleichen Details auf dem Mond sichtbar sind. Das ist nicht selbstverständlich! Das bedeutet nämlich nicht, das sich der Mond nicht um die eigene Achse dreht. Wenn dem so wäre, würden wir im Laufe eines Monats genau einmal die ganze Oberfläche sehen. Vielmehr dreht sich der Mond so um seine eigene Achse, das er uns immer die gleiche Seite zuweist! Der Umlauf des Mondes um die Erde und die Rotation des Mondes um die eigene Achse sind also synchronisiert. Diesen Umstand bezeichnet mensch als gebundene Rotation des Mondes. Dieser Umstand ist auch dafür verantwortlich, das wir von einer Vorder- und einer Rückseite des Mondes sprechen. Die Rückseite des Mondes ist von der Erde aus nie sichtbar, wir kennen sie erst seit 1959, als die erste Mondsonde um den Mond herumflog.


Mond- und Sonnenfinsterniss

Durch das geometrische Verständnis der Mondbewegung ist auch klar, bei welchen Mondphasen die Mond- bzw Sonnenfinsternisse entstehen:

Mondfinsternisse entstehen bei Vollmond, wenn die eigentlich hell erleuchtete Mondscheibe in den Schatten der Erde kommt und dadurch kein direktes Licht mehr von der Sonne bekommt. Interessanterweise wird die Scheibe aber nicht völlig dunkel, weil noch etwas Licht, das in der Atmosphäre der Erde abgelenkt wird, den Mond erreicht. Der Mond leuchtet dann in sehr dunklem Rot/Braun.

Sonnenfinsternisse entstehen bei Neumond, wenn sich der Mond genau zwischen Erde und Sonne schiebt. Der Mond steht dann also vor der Sonne und deckt sie, je nach genauem Standort auf der Erde, kurzzeitig ganz ab. Dann sind auch die Sonnenatmosphäre, die sog. Korona und die helleren Planeten sichtbar.

Mond- bzw. Sonnenfinsternisse entstehen aber nicht jeden Monat, obwohl es jeden Monat Voll- bzw. Neumond gibt: Die Bahnebene, auf der der Mond um die Erde läuft, ist um einen kleinen Winkel gegen die Erdbahnebene geneigt. Dies bewirkt, daß der Mond nicht genau durch die Verbindungslinie Erde-Sonne läuft, sondern meist etwas oberhalb bzw unterhalb. Deshalb sind Mond- bzw. Sonnenfinsternisse so selten. Bei Sonnenfinsternissen ist die Situation noch kritischer, weil hier die eigentliche Totalität der Finsterniss, also die vollständige Verdeckung der Sonne durch den Mond, nur auf einem kleinen Streifen der Erdoberfläche und auch nur für wenige Minuten sichtbar ist. Eine Mondfinsternis hingegen dauert Stunden und ist von der halben Erde aus sichtbar.

Libration und Größenveränderung

Die in der Animation sichtbare Eierbewegung des Mondes, die sog. Libration, entsteht dadurch, das der Mond auf einer elliptischen Bahn um die Erde läuft. Dadurch verändert sich während eines Umlaufs die Geschwindigkeit auf der Bahn. Der Mond läuft aber nicht nur um die Erde, sondern dreht sich auch um die eigene Achse. Dabei hat er eine gebundene Rotation, zeigt uns also immer die gleiche Seite. Da die Drehung um die eigene Achse mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt, er beim Umlauf aber mal etwas langsamer, mal etwas schneller als im Mittel ist, ist meist am Rand der Mondscheibe jeweils noch ein kleiner Teil der Rückseite sichtbar. Welcher Teil sichtbar ist, verändert sich ständig.
Durch die elliptische Mondbahn schwankt auch leicht der Abstand des Mondes von der Erde und damit die scheinbare Größe des Mondes am Himmel. Die Unterschiede im scheinbaren Durchmesser betragen fast 10%, sind aber für die Mondbeobachtung kaum relevant.

Simulation der Bewegung

Mit dem POV-Raytracer wurde eine Kugel erzeugt, mit einem Vollmondbild als Textur. Damit haben wir schon einen recht guten Mond, zumindest von vorne. Eine einzelne Lichtquelle läuft, als Sonne, um diese Kugel herum und erzeugt damit die Phasen des Mondes. Die Kugel selber wurde durch Rotationen in eine leicht taumelnde Bewegung versetzt und auch noch etwas skaliert. Skalierung und Rotation des "Mondes" und die Position der "Sonne" werden im Laufe der Animation zyklisch verändert. Das Ganze ist im POV mit Bordmitteln sehr leicht zu realisieren. Die genaue Art und Geschwindigkeit der Bewegungen ist in diesem einfachen Modell natürlich nicht korrekt, aber die wesentlichen Effekte werden recht gut verdeutlicht.

Korrekte Simulation mit Guide 8

Um die Lunation korrekt darzustellen wurde mit Guide 8 ein Video der Bewegung erstellt. Da Guide 8 mit der korrekten physikalischen Bahn des Mondes rechnet werden hier alle Effekte korrekt erfasst.
Video der Lunation, DivX 5 Format AVI, 1.2MB


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