Hoe maanfasen werken: De wetenschap achter de maancyclus

De Maan produceert geen eigen licht. Wat mensen op Aarde maanlicht noemen, is zonlicht dat door het maanoppervlak wordt weerkaatst, volgens NASA's Science Mission Directorate. Op elk moment verlicht de Zon precies de helft van de Maan, net zoals zij de helft van de Aarde verlicht. Het deel van die verlichte helft dat zichtbaar is vanuit de Aarde verandert constant terwijl de Maan langs haar baan reist, en dit veranderende uitzicht is wat de reeks maanfasen creëert.

Waarom de Maan van vorm lijkt te veranderen

Volgens NASA is de oorzaak van maanfasen eenvoudige geometrie: de relatieve posities van de Zon, Aarde en Maan verschuiven elke dag terwijl de Maan rond de Aarde beweegt. Wanneer de Maan tussen de Aarde en de Zon zit, is zijn verlichte zijde van ons af gericht, wat resulteert in een nieuwe maan. Ongeveer twee weken later, wanneer de Aarde tussen de Zon en de Maan zit, is de gehele verlichte zijde naar de Aarde gericht, wat resulteert in een volle maan. Elke fase ertussenin weerspiegelt een ander kijkhoek op diezelfde halfverlichte bol.

NASA merkt ook op dat de Maan getijdengesloten is aan de Aarde: deze draait op haar eigen as in bijna precies dezelfde tijd als het duurt om de Aarde te omcirkelen, dus dezelfde maanhemisfeer wijst altijd naar onze planeet. Getijdensluiting verklaart waarom mensen op Aarde nooit de andere kant van de Maan zien, maar het is een apart verschijnsel van de Zon-Aarde-Maan-geometrie die fasen produceert.

De acht erkende fasen

NASA beschrijft de maanmaand als bevattende acht benoemde fasen, opgesplitst in vier primaire fasen en vier intermediaire fasen. De primaire fasen — nieuwe maan, eerste kwartier, volle maan en derde (of laatste) kwartier — vinden plaats op een specifiek, berekenbaar moment. De intermediaire fasen beschrijven de geleidelijke overgangen ertussen.

• Nieuwe Maan — De Maan bevindt zich tussen de Aarde en de Zon; de dichtstbijzijnde zijde is onverlicht.
• Wassende Sikkel — Een dunne lichtsplinter groeit aan de rechterkant (uitzicht van het noordelijk halfrond).
• Eerste Kwartier — De helft van de zichtbare schijf is verlicht; de Maan staat 90° van de Zon aan de hemel.
• Wassende Gibbous — Meer dan de helft verlicht, het verlichte gebied groeit nog steeds.
• Volle Maan — De Aarde bevindt zich ruwweg tussen de Zon en de Maan; de hele dichtstbijzijnde zijde is verlicht.
• Afnemende Gibbous — Meer dan de helft verlicht, het verlichte gebied krimpt.
• Derde (Laatste) Kwartier — De andere helft van de schijf is verlicht.
• Afnemende Sikkel — Een dunne splinter blijft over voordat de volgende nieuwe maan.

De termen wassend en afnemend beschrijven eenvoudig de richting: wassend betekent dat het verlichte gedeelte groeit, van nieuwe maan naar volle maan, terwijl afnemend betekent dat het krimpt, van volle maan terug naar nieuwe maan, volgens NASA's beschrijving.

Waarom de cyclus 29,5 dagen is, niet 27,3

Twee verschillende getallen beschrijven de beweging van de Maan, en ze door elkaar halen is een veelvoorkomende bron van verwarring. De siderische maand — 27,32166 dagen, of 27 dagen, 7 uur, 43 minuten en 12 seconden — is hoe lang de Maan erover doet om één baan rond de vaste sterren af te leggen, volgens NASA's eclipswebsite bij het Goddard Space Flight Center. De synodische maand — 29,53059 dagen, of 29 dagen, 12 uur, 44 minuten en 3 seconden — is hoe lang het duurt voordat dezelfde fase (bijvoorbeeld nieuwe maan naar nieuwe maan) zich herhaalt.

De synodische maand is langer omdat de Aarde zelf rond de Zon beweegt terwijl de Maan rond de Aarde draait. Nadat de Maan één volledige 360°-baan rond de sterren heeft voltooid, moet deze een extra afstand afleggen — ruwweg het equivalent van 2,2 extra dagen — om dezelfde Zon-Aarde-Maan-uitlijning te bereiken waar zij mee begon, legt NASA's eclipssite uit. Deze 29,5-daagse synodische maand is de basis voor kalendermaanden in veel culturen en voor de algemene verkorting dat een maancyclus ongeveer 29,5 dagen duurt.

De baan van de Maan is geen perfecte cirkel

De baan van de Maan rond de Aarde is een ellips met een gemiddelde excentriciteit van 0,0549, stelt NASA's eclipssite, wat betekent dat de Aarde-Maan-afstand tijdens elke baan varieert. Perigeum, het dichtstbijzijnde punt, heeft in de afgelopen vijf millennia variëerd tussen ongeveer 356.355 en 370.399 km, terwijl apogeum, het verste punt, in dezelfde periode tussen ruwweg 404.042 en 406.725 km heeft variëerd. Een aparte omloopperiode — de anomalistische maand, gemiddeld 27,55455 dagen — meet de tijd van het ene perigeum naar het volgende.

Het orbitale vlak van de Maan is ook ongeveer 5,145° gekanteld ten opzichte van het orbitale vlak van de Aarde rond de Zon (de ecliptica), volgens dezelfde NASA-bron. Deze kanteling is de reden waarom zonne- en maanverduisteringen niet elke maand plaatsvinden, hoewel nieuwe en volle manen dat wel doen: de Maan passeert meestal iets boven of onder de Zon-Aarde-lijn. Verduisteringen zijn alleen mogelijk tijdens twee eclipsseizoen per jaar, wanneer een nieuwe of volle maan samenvalt met de Maan die het eclipticavlak kruist, legt NASA's eclipsgeometrie-pagina uit.

Fasen en oceaangetijden

Maanfasen komen ook overeen met een voorspelbaar getijdenpatroon. De Amerikaanse National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) legt uit dat tijdens nieuwe en volle manen — wanneer de Zon, Aarde en Maan bijna uitgelijd zijn — de zwaartekrachten van de Zon en Maan elkaar versterken, wat springtijen met hogere hoogwater en lager laagwater produceert. Tijdens de fasen van het eerste en derde kwartier, wanneer de trekking van de Zon op de oceaan gedeeltelijk de trekking van de Maan opzij zet, is het resultaat een doodtij met een kleinere range. Zowel springtijen als doodtijen vinden twee keer per maanmaand plaats, merkt NOAA op.

Wat telt als een blauwe maan

Omdat de synodische maand (ongeveer 29,5 dagen) korter is dan de meeste kalendermaanden, vallen twee volle manen af en toe in dezelfde kalendermaand. De wetenschappelijke outreach-site EarthSky, geleid door astronoom Deborah Byrd, beschrijft dit als de moderne, populaire definitie van een blauwe maan. Een tweede, oudere definitie — de derde volle maan in een seizoen dat vier volle manen in plaats van de gebruikelijke drie bevat — komt uit de Maine Farmers' Almanac van 1937. EarthSky voert de nu-alledaagse versie tweede volle maan in een maand terug op een artikel uit 1946 van Sky & Telescope magazine door amateurastronoom James Hugh Pruett, die de seizoensregel van de almanak verkeerd las. Maandelijkse blauwe manen herhalen zich ongeveer zeven keer per 19 jaar, of ruwweg elke twee tot drie jaar, volgens EarthSky.