Wichtige Daten
- Die Mondbahn ist gegenüber der Ebene der Erdbahn um etwa 5 Grad geneigt.
- Laut NASA treten pro Jahr vier bis sieben Finsternisse auf.
- Sonnenfinsternisse treten bei Neumond und Mondfinsternisse bei Vollmond auf; für eine mögliche Ausrichtung muss der Mond nahe einem Knoten stehen.
- Laut Helioclipse dauern Finsterniszeiten ungefähr 31 bis 37 Tage und wiederholen sich etwa alle 173,3 Tage.
- Das vom CSIC definierte Finsternisjahr dauert 346,62 Tage; die Knotenlinie vollendet alle 18,6 Jahre einen Umlauf.
- Der CSIC beziffert den Saroszyklus auf etwa 6.585,78 Tage beziehungsweise rund 18 Jahre und 11,3 Tage; die beiden zu seiner Beschreibung verwendeten Näherungen sind nicht identisch.
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Wenn es jeden Monat einen Neumond und einen Vollmond gibt, warum kommt es dann nicht auch jeden Monat zu einer Sonnen- und einer Mondfinsternis? Die Antwort liegt in der Geometrie der Bahnen. Die Mondphase gibt die allgemeine Position des Mondes relativ zur Erde und zur Sonne an, doch für eine Finsternis müssen die Himmelskörper auch präzise genug auf einer Linie stehen.
Die NASA weist darauf hin, dass sich Erde, Mond und Sonne ausreichend genau ausrichten, um vier bis sieben Finsternisse pro Jahr hervorzubringen. Die Neigung der Mondbahn hilft zu erklären, warum dies nicht bei jedem Phasenzyklus geschieht: Der Mond zieht meist oberhalb oder unterhalb der Ausrichtungslinie vorbei.
Eine geneigte Bahn und zwei Knoten
Die Mondbahn ist gegenüber der Ebene der Erdbahn um die Sonne um etwa 5 Grad geneigt. Bei Neumond steht der Mond zwischen Erde und Sonne, zieht aber häufig oberhalb oder unterhalb der genauen Richtung vorbei, die nötig wäre, damit sein Schatten die Erde erreicht. Bei Vollmond steht die Erde zwischen Sonne und Mond, doch der Mond zieht gewöhnlich oberhalb oder unterhalb des Erdschattens vorbei.
Das Virtuelle Wissenschaftsmuseum des CSIC erklärt: Würden die beiden Ebenen zusammenfallen, könnte es bei jedem Neumond zu einer Sonnenfinsternis und bei jedem Vollmond zu einer Mondfinsternis kommen. Da sie nicht zusammenfallen, garantieren die Phasen allein keine Finsternis.
Die Mondknoten sind die beiden Punkte, an denen die geneigte Mondbahn die Ebene der Erdbahn kreuzt. Die Verbindungslinie zwischen diesen Punkten heißt Knotenlinie. Ihre Ausrichtung ist entscheidend: Zeigt sie in Richtung der Sonne, kann ein Neu- oder Vollmond in der Nähe eines Knotens die drei Himmelskörper in die erforderliche Konstellation bringen. Sonne, Erde und Mond müssen sich den Knoten nicht nähern; erst die Position des Mondes und die Ausrichtung der Knotenlinie machen die Ausrichtung möglich.
Die Phase bestimmt die Art der Finsternis
Bei einer Sonnenfinsternis schiebt sich der Mond zwischen Erde und Sonne. Sie kann nur bei Neumond eintreten. Wenn die Ausrichtung es dem Mondschatten ermöglicht, einen Bereich der Erdoberfläche zu erreichen, wird die Sonne von dort aus ganz oder teilweise verdeckt.
Bei einer Mondfinsternis schiebt sich die Erde zwischen Sonne und Mond, und ihr Schatten verdunkelt den Trabanten. Dieses Phänomen tritt bei Vollmond auf. In beiden Fällen muss sich der Mond nahe einem Knoten befinden, damit die Neigung seiner Bahn die Ausrichtung nicht verschiebt. Die Phase legt also fest, welche Konstellation möglich ist; die Knoten helfen zu bestimmen, ob diese Konstellation eine Finsternis hervorbringen kann.
Auch die Sichtbarkeit unterscheidet sich. Nach Angaben der NASA kann eine Mondfinsternis von der Hälfte der Erde aus beobachtet werden. Bei einer Sonnenfinsternis ist der Schatten des Mondes auf der Erdoberfläche etwa 480 Kilometer breit. Der Kernschatten ist der Bereich, in dem die Sonne vollständig verdeckt ist; im Halbschatten wird sie teilweise verdunkelt. Daher ist die totale Sonnenfinsternis nur in einem schmaleren Streifen zu sehen als der Bereich, von dem aus eine partielle Finsternis beobachtet werden kann.
Finsterniszeiten
Eine Finsterniszeit ist ein Zeitraum, in dem die Sonne nahe genug an einem Mondknoten steht, sodass bei gleichzeitig passender Phase eine Finsternis eintreten kann. Die von Helioclipse veröffentlichte Erklärung gibt ihre ungefähre Dauer mit 31 bis 37 Tagen an; die Finsterniszeiten liegen etwa 173,3 Tage auseinander. Da eine Finsterniszeit länger als einen Monat dauern kann, können in diesem Zeitraum Mondphasen auftreten, die sowohl für eine Sonnen- als auch für eine Mondfinsternis günstig sind.
Der CSIC beschreibt eine weitere damit verbundene Größe: das Finsternisjahr, definiert als der Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, zu denen Sonne und Mondknoten wieder in dieselbe Richtung weisen. Es dauert 346,62 Tage. Laut dem Museum dreht sich die Knotenlinie langsam entgegen der Bewegungsrichtung des Mondes und vollendet alle 18,6 Jahre einen Umlauf. Diese Bewegungen helfen zu erklären, warum Ausrichtungsmöglichkeiten regelmäßig wiederkehren.
Der Saros: Zyklen, die sich annähern
Die Zeit zwischen zwei Neumonden, der sogenannte synodische Monat, beträgt 29,53 Tage. Da diese Dauer und die Länge des Finsternisjahres keine exakten Vielfachen voneinander sind, führt die Wiederkehr einer Phase und einer günstigen Konstellation nicht sofort zur gleichen Position. Der CSIC erklärt, dass das Verhältnis der beiden Perioden den Saroszyklus hervorbringt: Er dauert etwa 6.585,78 Tage, also ungefähr 18 Jahre und 11,3 Tage.
Die Erklärung des Museums vergleicht 19 Finsternisjahre – 19 × 346,62 = 6.585,78 Tage – mit 223 synodischen Monaten – 223 × 29,53 = 6.585,19 Tage. Die Zeiträume liegen sehr nahe beieinander, sind aber nicht identisch. Der Saros beschreibt eine ungefähre Wiederkehr der Konstellation von Sonne, Erde und Mond, keine exakte Wiederholung sämtlicher Beobachtungsbedingungen.
Die Bahnneigung erklärt, warum nicht jeder Neu- oder Vollmond von einer Finsternis begleitet wird; die Knoten und die Ausrichtung ihrer Linie zeigen an, wann eine Ausrichtung möglich ist. Finsterniszeiten und Zyklen beschreiben wiederum, wie diese Gelegenheiten zurückkehren. Phase, Mondposition und Bahngeometrie sind verschiedene Teile derselben Erklärung.