Mond
Phasen, Bewegungen, Sichtbarkeiten

               

Mondphasen

Der Mond ist, schon durch seine Helligkeit und seine Größe bedingt, eines der auffälligsten Objekte am Himmel. Er ist der einzige natürliche Satellit oder Trabant unserer Erde und weil er so nah ist, ist er das einzige Objekt, auf dem wir mit bloßem Auge Einzelheiten erkennen können und seine Phasen sind unübersehbar.
Er begleitet die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne und umrundet die Erde in 27,25 Tagen bezogen auf die Fixsterne (siderischer Umlauf). Die Zeit von einer Mondphase zur nächsten gleichen Phase dauert 29,5 Tage (synodischer Umlauf).

   
 

Die Mondphasen kommen dadurch zustande, dass der Mond nicht selbst leuchtet, sondern das Sonnenlicht reflektiert, das auf seine Oberfläche fällt. Auf seiner Bahn um die Erde zeigt uns der Mond verschieden große beleuchtete Teile seiner Oberfläche.  Dieser Wechsel der Phasen wird Lunation (Lichtwechsel) genannt.  

  Von außen gesehen     Die Mondphasen von der Erde gesehen          
   

Neumond: Der Mond steht zwischen Sonne und Erde. Wir sehen die unbeleuchtete Seite des Mondes. Die seit dieser Phase verstrichene Zeit nennt man Mondalter; es gibt die augenblickliche Mondphase an. Einige Tage vor und nach Neumond kann man die Mondscheibe voll und rund sehen, mit einer hellen, schmalen Sichel und einer dunkelgrauen zur vollen Scheibe ergänzenden Teil. Der helle Teil wird von der Sonne beleuchtet, der dunkelgraue Teil von der Erde. Dieses Erdlicht wird aschgraues Mondlicht genannt. Es ist das von der Erde reflektierte Sonnenlicht, welches den Mond beleuchtet, auf dem jetzt „Vollerde“ ist.

         

Erstes Viertel: Nach rund einer Woche hat sich der Mond um ¼ auf seiner Bahn weiterbewegt. Deshalb sprechen die  Astronomen auch vom ersten Viertel. Der Volksmund spricht von Halbmond, denn wir sehen die Hälfte der Mondscheibe beleuchtet.
Vollmond: Nach 15 Tagen hat der Mond die Hälfte seiner Bahn um die Erde hinter sich gebracht. Er steht der Sonne gegenüber (Opposition). Wir können nun die gesamte beleuchtete Tagseite des Mondes sehen. Der Mond ist die ganze Nacht lang zu beobachten. Er geht auf, wenn die Sonne unter geht. Für einen Beobachter auf dem Mond wäre jetzt "Neuerde".
Letztes Viertel: Drei Wochen nach Neumond, oder eine Woche nach Vollmond hat sich der Mond um 3/4 auf seiner Bahn weiterbewegt. Die Astronomen sprechen auch von letzten viertel, denn der Mond hat nur noch 1/4 seines Bahnbogens vor sich, bevor er wieder am Ausgangspunkt ist. Der Volksmund spricht wiederum von Halbmond, denn wir sehen erneut die Hälfte der Mondoberfläche beleuchtet, nur das nun die recht Seite dunkel und die linke Seite hell ist.
Nach 29,5 Tagen hat der Mond einen Umlauf um die Erde hinter sich gebracht.

Die Zeit von einer Phase zur nächsten ist nicht bei jedem Umlauf gleich, da der Mond auf einer Ellipsenbahn um die Erde läuft und deshalb keine konstante Geschwindigkeit hat.
Die folgende Tabelle verdeutlicht die unterschiedlichen Zeitspannen zwischen Neumond und erstem Viertel.
Neu     16.11.09       18:15
Erst     24.11.09       20.41  8d 2h 26m
Neu     16.12.09        11:04
Erst     24.12.09        16:37  8d 5h 33m
Neu     15.1.10           6:13
Erst     23.1.10           9:55  8d 3h 42m
Neu     14.2.10           1:53
Erst     21.2.10          23:44  6d 22h 51m
Neu     15.3.10          20:03
Erst     23.3.10          10:01  7d 14h 2m
Neu     14.4.10          12:30
Erst     21.4.10          18:21  7d 5h 51m

Gebundene Rotation

Ein weiteres auffälliges Phänomen ist, dass der Mond uns immer die gleiche Seite zuwendet. Dafür gibt es eine ganz einfache Begründung: Eine Umdrehung des Mondes um seine eigen Achse dauert genau so lange wie ein Umlauf unseres Trabanten um die Erde.
Die Ursache der gebundenen Rotation sind die Gezeitenkräfte, die auf beiden Himmelskörpern wirken und die die Rotation des Mondes und der Erde verlangsamen bis sie im Gleichgewicht zur Umlaufzeit stehen.  
Wirkungsweise der Gezeitenkräfte

   
   

1. Der Mond übt eine Anziehungskraft auf die Erde aus. Die durch die Gravitationskraft des Mondes leicht beweglichen Wassermassen bilden Flutberge. Einer dem Mond zugewandt, einer auf der Mond abgewandten Seite. Letzter entsteht durch die Fliehkraft bei der Rotation um den gemeinsamen Schwerpunkt, der nicht im Zentrum der Erde liegt.
2. Die Erde rotiert unter diesen Flutbergen durch und wird durch die Reibung der Wassermassen auf der Erdkruste abgebremst. Der Tag wird somit in 100 Jahren um 1,6 ms länger. Trotz diesem kleinen Wertes addiert sich die Verlängerung des Tages (wahre Zeit, d.h. Sonne im Süden) durch die Erdrotation auf 1 Sekunde in etwa 100 Jahren.  
Gleichzeitig nimmt die Erde durch die Reibung an der Oberfläche die Flutberge in Rotationsrichtung mit. Sie laufen immer der direkten Verbindungslinie Erde – Mond etwas voraus.
3. Der Voraus eilende Flutberg übt eine gravitative Kraft auf den Mond aus und beschleunigt diesen. Die damit verbundene Energieerhöhung lässt die Erde – Monddistanz anwachsen. Nach den Kepler´schen Gesetzen bedeutet das wiederum, dass der Mond langsamer wird (Umlaufzeit vergrößert sich). Die Zunahme der Mondentfernung wurde durch Laufzeitmessung des Lichts mittels Reflexion auf dem Mond bestätigt. Die Messungen ergaben einen Zuwachs von 3,82 Zentimeter pro Jahr und bestätigen die Theorie.

                 
     
                 
             

4. Entsprechend der größeren Masse der Erde sind die Verformungen auf dem jungen Mond wesentlich größer als die Verformung der Erdkruste und Flutberge. Beim jungen Mond (ca. 50 bis 100 Millionen Jahre alt) wurde die dünne Kruste so stark deformiert, dass ihre Verformungsarbeit die Mondrotation zusätzlich abbremste. Die Kräfte wirkten so lange, bis die Flutberge auf der Verbindungslinie Erde – Mond liegen, dass bedeutet, der Mond dreht sich so schnell wie er sich um die Erde bewegt. Die gebundene Rotation hat sich eingestellt.
5. Bis sich die gebundene Rotation auf der Erde einstellt, d. h. der Tag gleich lang ist wie der Monat, dauert es naturgemäß deutlich länger als der Zeitraum bis zum erreichen der gebundenen Rotation des Mondes, da die Erde eine 80 mal größere Masse hat. Der dann erreichte Zustand wird Korotation genannt und der Erdtag sowie der Mondtag werden dann 50 Tage dauern.
Grobe Abschätzungen zeigen, dass dieser Gleichgewichtszustand sich etwa in mindestens 5 Milliarden Jahren einstellen kann. Aber vorher wird die Sonne am Ende Ihrer Entwicklung stehen.

   
             

Die Entfernung Erde – Mond stellt sich auf einen festen Wert ein. Der Mond ist dann 540 000 km von der Erde entfernt und hat einen scheinbaren Durchmesser von 21´, statt 30´ wie momentan. Es ist ein Zufall, dass Mond und Sonne momentan den gleichen scheinbaren Durchmesser besitzen, denn nur so können wir eine totale Sonnenfinsternis beobachten.           

Libration

Wenn man den Mond regelmäßig mit dem Fernrohr beobachtet, wird man feststellen, dass immer wieder am Rand der Mondscheibe gelegene Teile auftauchen und verschwinden. Diese Pendelbewegungen werden Libration genannt. Durch die Libration können wir von der Erde aus rund 59% der Mondoberfläche beobachten.
Es gibt die Libration um die Rotationsachse (Länge) des Mondes und um seinen Äquator (Breite).

 
   

Libration in Länge

Die Libration in Länge ist darauf zurückzuführen, dass die Mondbahn keine Kreisbahn, sondern eine elliptische Bahn ist, für die die Keplerschen Gesetzte gelten und damit ist die Bewegung des Mondes auf seiner Bahn ungleichförmig. Da die Rotationsgeschwindigkeit des Mondes konstant ist, werden beim schneller laufenden Mond Bereiche am westlichen Mondrand zusätzlich sichtbar und beim langsamer laufenden Mond können zusätzlich Bereiche östlich des Mondrandes beobachtet werden. Die Libration in Länge kann 7° 3,5' nach Ost oder West ausmachen.

Libration in Breite

Ursache der Libration in der Breite ist die Neigung der Mondachse zur Umlaufebene des Mondes um 6 Grad 40 Minuten.
Der sich drehende Mond stellt einen stabilen Kreisel im Raum da. Damit ist die Lage seiner Rotationsachse konstant, er zeigt der Erde einmal den Nordpol und mal den Südpol.
Die Libration in Breite kann 6°40' nach Nord oder Süd ausmachen.

Beide Effekte ermöglichen es von der Erde aus ca. 60% der Monmoberfläche zu sehen.

 

Scheinbare Größenschwankung

Der Mond bewegt sich auf einer elliptischen Bahn um die Erde, dadurch ist seine Entfernung von der Erde nicht immer gleich. Die Entfernung schwankt zwischen 363 300 km und 405 500 km. Dadurch schwankt auch sein scheinbarer Durchmesser zwischen 29´4“ und 33´6“.  

Beste Sichtbarkeit des Mondes

Für den Mond gilt, wie für alle Himmelskörper, die Beobachtungsbedingungen sind umso besser je höher er über dem Horizont steht. Denn bei einem kürzern Weg durch die Luft wird das Licht weniger geschwächt.  Auch wirkt sich die Luftunruhe nicht so stark aus. Deshalb ist die Höhe über dem Horizont das wichtigste Kriterium für die folgenden Betrachtungen.

Erstes Viertel
Im Frühling abends steht der Viertelmond im Süden, wenn die Sonne untergeht. Er steht dabei nahe des Sommersonnenwendepunkts. Denn im Frühling überquert die Sonne auf der Ekliptik den Äquator vom Winter zum Sommer. Der Sommerpunkt der Ekliptik steht jetzt, bei Sonnenuntergang, im Süden hoch über dem Horizont, denn er liegt ¼ Tag gleich 6 Stunden zurück.
Vollmond
Im Winter steht er nachts hoch über dem Horizont. Der Mond bewegt sich in etwa auf der Ekliptik und steht der Sonne gegenüber. Im Winter stehen die Sonne und damit die Ekliptik tief über dem Horizont. Die Ekliptik liegt in einer Ebene und damit steht sie nachts hoch über dem Horizont.
Auf dem Mond sind jetzt kaum Strukturen zu erkennen, denn die Sonne steht jetzt senkrecht über dem Mond und wirft keine oder nur kurze Schatten.
Letztes Viertel
Im Herbst, denn die Sonne steht jetzt im Herbstpunkt. Bei Sonnenaufgang liegt der Sommersonnenwendepunkt 6 Stunden vor dem Herbstpunkt und somit im Süden. Der Mond im letzten Viertel steht dann naturgemäß ebenfalls 6 Stunden vom Aufgangspunkt der Sonne entfernt und damit im Sommersonnenwendepunkt im Süden, also im höchsten Punkt über dem Horizont. Folglich muss man kurz vor Sonnenaufgang im Herbst das abnehmende Mondviertel beobachten. 

Neumond nahe Phasen
In diesen Fällen müssen wir die Höhe über des fast Neumondes über dem Horizont bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang betrachten.
Steht die Sonne im Frühlings- bzw Herbstpunkt, befindet sie sich auf dem Äquator (Deklination = 0). Objekte, die auf dem Himmelsäquator stehen, haben die größtmögliche Horizonthöhen-Änderung beim Auf- bzw Untergang. Somit sollte der „fast Neumond“ beobachtet werden wenn die Sonne in einem der beiden oben genannten Knotenpunkten steht.
Zusätzlich müssen wir noch die Neigung der Ekliptik mit in die Betrachtung einbeziehen.
Im Herbstpunkt überquert die Sonne den Himmelsäquator von Nord nach Süd. Folglich steht der zunehmende Mond östlich der Sonne und somit auch nördlicher. Dies bedeutet, dass im Herbst die zunehmende, schmale Mondsichel höher (in Deklination)  als die Sonne steht und damit optimal bei Sonnenuntergang beobachtet werden kann.  
Die abnehmende Mondsichel kann entsprechend bei Sonnenaufgang im Frühling beobachtet werden.

 

                           
Siehe auch Objekt des Monats November 2009.                  
letztes Update 20.7.2015