Wie Mondphasen funktionieren: Die Wissenschaft hinter dem Mondzyklus

Der Mond produziert kein eigenes Licht. Was Menschen auf der Erde als Mondlicht bezeichnen, ist Sonnenlicht, das von der Mondoberfläche reflektiert wird, nach Angaben des Science Mission Directorate der NASA. Zu jedem Zeitpunkt beleuchtet die Sonne genau die Hälfte des Mondes, genau wie sie die Hälfte der Erde beleuchtet. Der Anteil dieser beleuchteten Hälfte, der von der Erde aus sichtbar ist, ändert sich ständig, wenn der Mond seine Umlaufbahn durchläuft, und diese sich ändernde Ansicht ist es, die die Folge der bekannten Mondphasen erzeugt.

Warum der Mond seine Form zu verändern scheint

Nach Angaben der NASA ist die Ursache für Mondphasen einfache Geometrie: Die relativen Positionen der Sonne, Erde und des Mondes verschieben sich täglich, wenn der Mond die Erde umkreist. Wenn der Mond zwischen der Erde und der Sonne sitzt, ist seine beleuchtete Seite von uns weg gerichtet und erzeugt einen Neumond. Etwa zwei Wochen später, wenn die Erde zwischen der Sonne und dem Mond sitzt, ist die gesamte beleuchtete Seite der Erde zugewandt und erzeugt einen Vollmond. Jede Phase dazwischen spiegelt einen anderen Betrachtungswinkel auf derselben halb beleuchteten Kugel wider.

Die NASA weist auch darauf hin, dass der Mond gezeitengebunden an die Erde ist: Er dreht sich um seine eigene Achse in fast genau der gleichen Zeit, in der er die Erde umkreist, sodass die gleiche Mondhemisphäre immer unserem Planeten zugewandt ist. Die Gezeitenbindung erklärt, warum Menschen auf der Erde nie die Rückseite des Mondes sehen, aber es ist ein separates Phänomen von der Sonne-Erde-Mond-Geometrie, die Phasen erzeugt.

Die acht erkannten Phasen

Die NASA beschreibt den Mondmonat als einen Monat, der acht benannte Phasen enthält, aufgeteilt in vier primäre Phasen und vier Übergangsphasen. Die primären Phasen – Neumond, erstes Viertel, Vollmond und drittes (oder letztes) Viertel – treten in einem spezifischen, berechenbaren Moment auf. Die Übergangsphasen beschreiben die allmählichen Übergänge zwischen ihnen.

• Neumond – Der Mond befindet sich zwischen Erde und Sonne; die dem Betrachter zugewandte Seite ist unbeleuchtet.
• Zunehmende Mondsichel – Eine dünne Lichtsichel wächst auf der rechten Seite (Ansicht der Nordhemisphäre).
• Erstes Viertel – Die Hälfte der sichtbaren Scheibe ist beleuchtet; der Mond ist 90° von der Sonne am Himmel entfernt.
• Zunehmender Mond – Mehr als die Hälfte beleuchtet, die beleuchtete Fläche wächst immer noch.
• Vollmond – Die Erde befindet sich ungefähr zwischen der Sonne und dem Mond; die gesamte dem Betrachter zugewandte Seite ist beleuchtet.
• Abnehmender Mond – Mehr als die Hälfte beleuchtet, die beleuchtete Fläche schrumpft.
• Drittes (letztes) Viertel – Die andere Hälfte der Scheibe ist beleuchtet.
• Abnehmende Mondsichel – Eine dünne Sichel bleibt vor dem nächsten Neumond bestehen.

Die Begriffe zunehmend und abnehmend beschreiben einfach die Richtung: Zunehmend bedeutet, dass der beleuchtete Anteil wächst, vom Neumond zum Vollmond, während abnehmend bedeutet, dass er schrumpft, vom Vollmond zurück zum Neumond, nach der Beschreibung der NASA.

Warum der Zyklus 29,5 Tage dauert, nicht 27,3

Zwei verschiedene Zahlen beschreiben die Bewegung des Mondes, und sie zu verwechseln ist eine häufige Quelle von Verwirrung. Der Siderische Monat – 27,32166 Tage, oder 27 Tage, 7 Stunden, 43 Minuten und 12 Sekunden – ist, wie lange der Mond braucht, um eine Umlaufbahn relativ zu den Fixsternen zu absolvieren, nach Angaben der NASA-Website für Finsternisse am Goddard Space Flight Center. Der Synodische Monat – 29,53059 Tage, oder 29 Tage, 12 Stunden, 44 Minuten und 3 Sekunden – ist, wie lange es dauert, bis die gleiche Phase (z. B. Neumond zu Neumond) wiederkehrt.

Der synodische Monat ist länger, weil sich die Erde selbst um die Sonne bewegt, während der Mond die Erde umkreist. Nachdem eine vollständige 360°-Umlaufbahn relativ zu den Sternen abgeschlossen ist, muss der Mond eine zusätzliche Strecke reisen – etwa 2,2 zusätzliche Tage wert – um die gleiche Sonne-Erde-Mond-Ausrichtung zu erreichen, von der er ausgegangen ist, wie die NASA-Website für Finsternisse erklärt. Dieser 29,5-Tage-Synodische Monat ist die Grundlage für Kalender-Monate in vielen Kulturen und für die häufige Verkürzung, dass ein Mondzyklus etwa 29,5 Tage dauert.

Die Mondbahn ist kein perfekter Kreis

Der Weg des Mondes um die Erde ist eine Ellipse mit einer mittleren Exzentrizität von 0,0549, wie die NASA-Website für Finsternisse angibt, was bedeutet, dass die Erd-Mond-Entfernung während jeder Umlaufbahn variiert. Perigäum, der nächste Punkt, hat sich über die letzten fünf Jahrtausende zwischen etwa 356.355 und 370.399 km bewegt, während Apogäum, der fernste Punkt, im gleichen Zeitraum zwischen etwa 404.042 und 406.725 km variiert hat. Ein separater Umlaufperiode – der Anomalistische Monat, durchschnittlich 27,55455 Tage – misst die Zeit von einem Perigäum zum nächsten.

Die Orbitalebene des Mondes ist auch um etwa 5,145° relativ zur Orbitalebene der Erde um die Sonne (die Ekliptik) geneigt, nach der gleichen NASA-Quelle. Diese Neigung ist der Grund, warum Sonnen- und Mondfinsternisse nicht jeden Monat stattfinden, obwohl es jeden Monat Neumonde und Vollmonde gibt: Der Mond verläuft normalerweise leicht über oder unter der Sonne-Erde-Linie. Finsternisse sind nur während zweier Finsterniszeiten pro Jahr möglich, wenn ein Neumond oder Vollmond mit der Überquerung der Ekliptikebene durch den Mond zusammenfällt, erklärt die NASA-Seite zu Finsternisgeometrie.

Phasen und Ozeangezeiten

Mondphasen entsprechen auch einem vorhersehbaren Gezeitenmuster. Die U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) erklärt, dass bei Neumonden und Vollmonden – wenn Sonne, Erde und Mond fast ausgerichtet sind – die Gravitationskräfte von Sonne und Mond sich gegenseitig verstärken und Springgezeiten mit höheren Hochwassern und niedrigeren Niedrigwassern erzeugen. Während der Phasen des ersten und dritten Viertels, wenn die Anziehungskraft der Sonne auf den Ozean die Anziehungskraft des Mondes teilweise aufhebt, ist das Ergebnis eine kleinere Nipptide. Sowohl Spring- als auch Nippgezeiten treten zweimal in jedem Mondmonat auf, bemerkt die NOAA.

Was zählt als ein blauer Mond

Da der synodische Monat (etwa 29,5 Tage) kürzer ist als die meisten Kalendermonate, fallen gelegentlich zwei Vollmonde in denselben Kalendermonat. Die Wissenschafts-Outreach-Website EarthSky, betrieben von der Astronomin Deborah Byrd, beschreibt dies als die moderne, populäre Definition eines blauenMondes. Eine zweite, ältere Definition – der dritte Vollmond in einer Jahreszeit, die vier Vollmonde statt der üblichen drei enthält – stammt aus dem Maine Farmers' Almanac von 1937. EarthSky verfolgt die inzwischen übliche Version zweiter Vollmond in einem Monat auf einen Artikel der Zeitschrift Sky & Telescope von 1946 von Amateur-Astronom James Hugh Pruett zurück, der die saisonale Regel des Almanachs falsch las. Monatliche blaue Monde wiederholen sich etwa siebenmal in 19 Jahren, oder ungefähr alle zwei bis drei Jahre, nach EarthSky.