Mondfinsternis

Um das Zustandekommen einer Mondfinsternis ausreichend verstehen zu können, sind einige Grundkenntnisse der Bahnbewegungen von Erde und Mond untereinander sowie in Bezug zur Sonne erforderlich.

Die Erde bewegt sich auf einer Ellipsenbahn um die Sonne, in deren beiden Brennpunkten die Sonne steht. Für einen Umlauf benötigt sie bekanntlich ein Jahr. Dabei hat das jedem bekannte "Kalenderjahr" rund 365 Tage und das alle vier Jahre stattfindende Schaltjahr 366 Tage. Es sei erwähnt, dass es noch das siderische Jahr und das tropische Jahr gibt. Näheres dazu finden Sie unter Sonnenfinsternis. Die Bahn (Fläche), auf der sich die Erde um die Sonne bewegt, wird als Ekliptik bezeichnet.
Die Fläche des Äquators durch den Erdmittelpunkt kann man sich über die Erdoberfläche hinaus beliebig verlängert vorstellen. Diese so gebildete Fläche bezeichnet man als Himmelsäquator. Der Winkel, den die Ekliptik und der Himmelsäquator miteinander bilden, beträgt rund 23,5° (23° 30') (Bahnneigung).

Die Bahn des Mondes um die Erde bildet ihrerseits wiederum einen Winkel von rund 5° mit der Erdbahn um die Sonne, also der Ekliptik. Daher verläuft die Mondbahn rund einen halben Monat oberhalb der Erdbahn und rund einen halben Monat unterhalb. Aber nur wenn Mond und Erde auf einer Ebene liegen kann es zu einer Mondfinsternis kommen - dann "taucht" der Mond in den Schatten der Erde ein. Der Erdschatten reicht ca. 1,4 Mio. km in den Raum, also mehr als das Vierfache der Entfernung des Mondes von der Erde. Daher kann es nur dann zu einer Mondfinsternis kommen, wenn Vollmond herrscht.
Bekanntlich leuchtet der Mond nicht selber, sondern wirft lediglich etwa 7% des von der Sonne einfallenden Lichts zurück. Und wenn der Mond in den Erdschatten gerät, trifft ihn kein Sonnenlicht mehr, er wird verdunkelt.

Um den Unterschied einer totalen und partiellen Mondfinsternis verstehen zu können, ein paar Erklärungen zu dem Phänomen von Kern- und Halbschatten:
Eine ideale punktförmige Lichtquelle erzeugt hinter einem lichtundurchlässigen Objekt nur eine Art von Schatten. Aber eine ausgedehnte Lichtquelle, und das ist z.B. die Sonne von der Erde aus gesehen, erzeugt einerseits einen so genannten Kernschatten, einen Bereich, der durch das Objekt (Erde) vollständig abgedeckt wird. Aber andererseits fällt auf einen bestimmten Bereich hinter dem Objekt, wie in der Abbildung gut erkennbar ist, nur ein Teil des ausgesandten Lichts, er ist daher dunkler als der voll beleuchtete Bereich, aber heller als der Bereich des Kernschattens, wo das Licht von dem Objekt vollständig absorbiert wird.

Eine totale Mondfinsternis entsteht immer dann, wenn der Mond sich vollständig im Kernschatten der Erde befindet. Der Kernschatten der Erde ist in der Entfernung, in der sich der Mond von der Erde befindet (zwischen 356.410 km und 406.740 km) etwa 2,5 Mal so groß wie der Mond. Insgesamt reicht der Kernschatten der Erde ca. 1,4 Mio. km weit - und zwar in Form eines Kegels - in den Raum. Zu einer vollständigen, also totalen Mondfinsternis kann es aber nur kommen, sofern Vollmond herrscht und der Mond dann, von der Erde aus gesehen, exakt gegenüber der Sonne steht.
Da die Bahn des Mondes um die Erde gegenüber der Erdbahn um rund 5° geneigt ist, läuft der Mond - wie oben bereits erwähnt - meistens über oder unter dem Erdschatten vorbei. Bei seinem Weg zum Kernschatten durchläuft der Mond dann zuerst den ringförmig um den Kernschatten liegenden Halbschatten, der dort in etwa gerade die Größe des Mondes besitzt. Beim Herauswandern aus dem Kernschatten durchläuft er den Halbschatten dann auf der anderen Seite noch einmal.
Die Schnittpunkte der Mondbahn mit der Erdbahn werden als Mondknoten bezeichnet. Man bezeichnet übrigens die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Durchgängen des Mondes durch denselben Knoten als Drakonitischen Monat

Warum ist der Mond bei einer Mondfinsternis rot?
An sich müsste der Mond bei einer Mondfinsternis im Bereich der abgedeckten Mondscheibe dunkel bzw. schwarz erscheinen. Aber das ist nicht der Fall, sogar bei einer totalen Mondfinsternis erscheint der Mond in einem rötlichen Schimmer.
Das rührt daher, dass das Sonnenlicht im Bereich der Erdatmosphäre wie durch eine (sehr schwache) Lupe gebrochen wird. Außerdem wird das Sonnenlicht mit der vierten Potenz seiner Frequenz durch die Moleküle der Luft gestreut. Das hat zur Folge, dass von dem gebrochen Licht in der Hauptsache die rötlichen Anteile die abgedeckte Mondscheibe treffen, die blauen und grünen Anteile, die eine höhere Frequenz haben als der rote Anteil, wurden vorher bereits größtenteils herausgestreut.
Diese Art der Streuung wird auch als Rayleigh- oder als Mie-Streuung bezeichnet, die umso höher ist, je weiter der Weg des Lichtes durch die Atmospäre ist und je wasserdampfreicher und/oder verschmutzter diese ist.
Eine Rayleigh-Streuung liegt vor, sofern der Quotient von Streu-Moleküldurchmesser (hier die Luft- bzw. Wasserdanpfmoleküle) zur Wellenlänge des Lichts kleiner als 0,1 ist, ansonsten spricht man von Mie-Streuung (z.B. bei Nebeltröpfchen).
Aus diesem Grund sind die Sonnenauf- und -untergänge nach Vulkanausbrüchen, bei großen Waldbränden oder bei Staubstürmen besonders rot. Es kann sogar vorkommen, dass die Sonne dann hoch am Himmel rot erscheint.

Bei einer partiellen (teilweisen) Mondfinsternis taucht nur ein Teil des Mondes in den Kernschatten der Erde ein, während der Rest sich im Halbschatten befindet. Rund 34% aller Mondfinsternisse sind von dieser Art. Die partielle Mondfinsternis lässt sich in die totale und die partielle Halbschattenmondfinsternis unterteilen.

Bei einer totalen Halbschattenmondfinsternis taucht der Mond vollständig in den Halbschatten der Erde ein, aber nicht in den Kernschatten. Er bleibt dabei für einen Beobachter von der Erde aus vollständig sichtbar, wenn auch abgedunkelt, wobei er in dem Bereich, der dem Kernschatten am nächsten liegt, merklich dunkler erscheint.

Bei einer partiellen Halbschattenmondfinsternis taucht der Mond nur teilweise in den Halbschattenbereich der Erde ein. Er bleibt dabei für einen Beobachter von der Erde aus vollständig sichtbar, wenn auch abgedunkelt; der Teil des Mondes, der dem Kernschatten am nächsten liegt, ist dabei etwas dunkler als der Restmond.

In der Nacht des 27. Juli 2018 konnte man im Südosten eine totale Mondfinsternis beobachten, die mit einer Dauer von knapp zwei Stunden die längste Mondfinsternis des 21. Jahrhunderts war.
Mondaufgang war um 20:58 Uhr, aber bereits um 19.14 hatte der Mond begonnen, in den Erdschatten einzutreten.
Um 21:30 war er dann ganz im Erdschatten und die totale Mondfinsternis hatte begonnen, die um 22:21 ihre maximale Verdunkelung erreicht hatte.
Um 23:13 hatte der Mond dann begonnen, den Erdschatten wieder verlassen, womit das Ende der Mondfinsternis begonnen hatte.
Um 01:28 war er wieder vollständig aus dem Erdschatten ausgetreten und erstrahlte in voller Schönheit.
Zusätzlich konnte man den Mars während der Finsternis etwa 6° südlich des Mondes sehen. Der Mars hatte zu dieser Zeit nur eine Entfernung von etwa 60 Millionen Kilometer von der Erde, was dazu geführt hatte, dass die Marsscheibe einen Durchmesser von rund 20 Bogensekunden besaß.

In der Nacht vom 27. auf den 28. September 2015 fand eine - auch in Deutschland - gut sichtbare totale Mondfinsternis statt.

Am Abend des 15. Juni 2011 fand eine totale Mondfinsternis statt. Das Problem bei dieser Mondfinsternis bestand aber darin, dass die Verdunkelung des Mondes bereits um rund 20:23 Uhr MESZ begann, der Mond aber erst um 21:21 aufging.

Um diese Zeit war es zudem noch sehr hell und auch deshalb sehr schwierig, den verfinsterten Mond am Himmel im Südosten zu erkennen. Glücklicherweise dauerte die vollständige Verfinsterung rund 1 h und 40 Minuten, wobei der Beginn der totalen Verfinsterung um 21:22 begann und das Maximum der Verfinsterung - in Berlin - um ca. 22:12 Uhr MESZ erreicht wurde. Zu diesem Zeitpunkt befand sich der Mond nur ca. 4° über dem Horizont. Am Ende der Ende der totalen Verfinsterung um 23:03 MESZ befand sich der Mond rund 9° über dem Horizont und war deshalb etwas besser auszumachen, außerdem war es um diese Zeit dunkel. Das Ende der Finsternis war um 00:02 Uhr. In Deutschland war die Mondfinsternis aber wegen der herrschenden Bewölkung nur an wenigen Orten zu beobachten.
Die nächste totale Mondfinsternis findet in unseren Breiten erst wieder im Jahr 2015 statt.