Der Mond ist immer ein schöner Anblick am Himmel. Bei ihm gibt es immer was zu sehen. Mal ist Vollmond, dann Halbmond; mal ist er groß am Himmel zu sehen, mal untertags und mal gar nicht. Mal schiebt er sich vor die Sonne und mal wird er selbst ganz dunkel. Diese Dynamik in seinem Anblick wird von der komplexen Bewegung unseres Satelliten verursacht. Grund genug, sich der Bewegung des Mondes in einer eigenen Folge der Sternengeschichten zu widmen.
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Transkription
Sternengeschichten Folge 189: Die Bewegung des Mondes
Der Mond bewegt sich. So viel ist klar. Aber die Details sind knifflig und äußerst interessant. Der Mond bewegt sich um die Erde herum; das wusste man schon immer. Was man erst so richtig im 17. Jahrhundert verstanden hat war allerdings die Tatsache, dass das beim Mond tatsächlich etwas Besonderes ist. Bis dahin war man ja der Meinung, alle Himmelskörper würden sich um die Erde bewegen; nicht nur der Mond. Der Mond bewegt sich natürlich auch mit der Erde gemeinsam um die Sonne. All das macht seine Bewegung ziemlich kompliziert.
Der Mond braucht für eine Runde um die Erde ungefähr einen Monat. Das ist kein Zufall – unser Kalender basiert einerseits auf der Bewegung der Erde um die Sonne, andererseits aber auch auf der Bewegung des Mondes um die Erde und die Einteilung des Jahres in Monate stammt genau daher. Heute ist die Dauer eines Monats – aus historischen Gründen vergleichsweise willkürlich – auf 28, 29, 30 oder 31 Tage festgelegt. Die reale astronomische Dauer unterscheidet sich davon. Und es gibt auch mehr als nur eine Art, einen Monat zu definieren.
Erde und Mond
Da gibt es den siderischen Monat. So bezeichnet man den Zeitraum der vergeht, bis der Mond von der Erde aus gesehen in Bezug auf den als unveränderlich angenommenen Sternenhimmel wieder die gleiche Position am Himmel erreicht hat. Er beträgt 27 Tage, 7 Stunden, 43 Minuten und 11,6 Sekunden. Das ist kürzer als der synodische Monat, der in Bezug auf die Position der Sonne gemessen wird. Denn hier muss man auch die Bewegung der Erde um die Sonne berücksichtigen. Während ein siderischer Monat vergeht, bewegt sich auch die Erde ein Stück um die Sonne herum. Der Mond muss sich dann also noch ein wenig weiterbewegen, um diese veränderte Position in Bezug auf die Sonne auszugleichen und wieder genau so zu stehen wie zuvor. Das braucht knapp 2 Tage weswegen der synodische Monat insgesamt 29 Tage 12 Stunden 44 Minuten und 2,9 Sekunden dauert.
Da die relative Position von Sonne, Mond und Erde auch bestimmt, welche Mondphasen wir sehen können, ist das auch der Zeitraum, während der alle Mondphasen von Neumond über Halbmond bis Vollmond und wieder zurück zum Neumond durchlaufen werden. Beziehungsweise es ist fast der Zeitraum, denn der Mond folgt keiner exakten Kreisbahn um die Erde. Seine Bahn ist leicht elliptisch und nach dem zweiten Keplerschen Gesetz bewegt er sich unterschiedlich schnell je nachdem ob er der Erde ferner oder näher ist. Gravitative Störungen der anderen Planeten verändern die Bahn während längerer Zeiträume zusätzlich, so dass die Zeit zwischen zwei Neumonden nicht immer gleich lang ist. Die durchschnittliche Lunation, wie ein kompletter Durchlauf aller Mondphasen genannt wird, dauert 29,53 Tage.
Neben Lunation, synodischem und siderischem Monat hat die Astronomie noch drei weitere Monate parat. Da wäre der anomalistische Monat. Das ist die Zeit, die der Mond von Apogäum zu Apogäum beziehungsweise Perigäum und Perigäum braucht. Also die Zeit zwischen zwei Durchgängen durch den erdfernsten beziehungsweise erdnächsten Punkt der Mondbahn. Die Lage dieser Punkte ändert sich ebenfalls im Laufe der Zeit. Einmal in 8,85 Jahren dreht sich die Mondbahn einmal um die Erde herum. Grund dafür sind wieder die gravitativen Störungen der anderen Planeten. Der erdnächste und erdfernste Punkte bewegen sich dabei in der gleichen Richtung wie der Mond selbst und der anomalistische Monat ist deswegen ebenfalls ein wenig länger als der siderische Monat. Es braucht aber hier nur ein paar Stunden, bis der Mond die Drehung seiner Bahn ausgeglichen hat und der anomalistische Monat dauert daher 27 Tage, 13 Stunden, 18 Minuten und 33,1 Sekunden.
Neben Perigäum und Apogäum gibt es zwei weitere wichtige Punkte auf der Umlaufbahn des Mondes. Nämlich die Punkte, in denen sie die Umlaufbahn der Erde um die Sonne schneidet. Die Bahn des Mondes ist um wenig mehr als 5 Grad gegenüber der Erdbahn geneigt und die beiden Schnittpunkte werden in der Astronomie Knotenpunkte oder auch Drachenpunkte genannt. Der Name bezieht sich auf den alten Mythos des Drachen, der den Mond oder die Sonne verschluckt, wenn eine Finsternis stattfindet. Denn Mond- oder Sonnenfinsternisse kann es nur geben, wenn der Mond genau in oder zumindest in unmittelbarer Nähe von einem der beiden Schnittpunkt steht. Nur dann können sich Sonne, Mond und Erde in einer Linie befinden und einander so verdecken, dass entweder Mond oder Sonne verdunkelt werden.
Drehung der Mondbahn (Bild: gemeinfrei)
So wie Apogäum und Perigäum sind auch die beiden Knotenpunkte nicht fix, sondern verändern im Laufe der Zeit ihre Lage. Diesmal aber entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Mondes, weswegen ein Umlauf des Mondes von Knotenpunkt zu Knotenpunkt ein wenig kürzer als ein siderischer Monat ist. Ein sogenannter drakonitischer Monat dauert 27 Tage, 5 Stunden, 5 Minuten und 35,9 Sekunden.
Als letztes gibt es dann noch den tropischen Monat. Hier wird die Position des Mondes auf den Frühlingspunkt bezogen, also den Schnittpunkt zwischen der Ebene der Erdbahn und dem Himmelsäqutor, also den auf den Himmel projizierten Äquators der Erde. Würde die Erdachse genau senkrecht auf die Umlaufbahn der Erde stehen, wäre diese identisch mit der Ebene des Himmelsäquators. Die Rotationsachse unseres Planeten ist aber um 23,5 Grad aus der Senkrechten geneigt. Meistens zumindest, denn auch dieser Winkel schwankt im Laufe der Zeit. Darum bewegt sich auch der Frühlingspunkt und zwar entgegen der Bewegungsrichtung von Erde und Mond. Der Zeitraum zwischen zwei Durchgängen des Mondes in Bezug auf den Frühlingspunkt ist also ebenfalls ein wenig kürzer als der siderische Monat. Allerdings nur um ein paar Sekunden, er dauert 27 Tage, 7 Stunden 43 Minuten und 4,7 Sekunden.
Aber all diese Genauigkeit und die Angabe auf den Bruchteil einer Sekunde genau ist eigentlich sowieso hinfällig. Die Erd- und auch die Mondbahn sind durch die gravitativen Störungen der anderen Planeten ständigen Veränderungen unterworfen. Ein Monat ist also genaugenommen niemals exakt gleich lang wie der vorhergehende und die verschiedenen Schwankungen können, je nachdem wie sie gerade zusammenspielen, durchaus auch Unterschiede von mehreren Stunden verursachen. Trotzdem lässt sich mit den annähernden Werten der verschiedenen Monate durchaus einiges anfangen.
Der griechische Astronom Meton hat im fünften Jahrhundert vor Christus zum Beispiel den heute nach ihm benannten Meton-Zyklus entdeckt. Zumindest vermutet man das, die historischen Quellen sind dürftig. Jedenfalls hat man irgendwann festgestellt, dass ein durchschnittliches Jahr, also ein Umlauf der Erde um die Sonne, 365,25 Tage dauert. Ein synodischer Monat dauert, wie vorhin erklärt, 29,53 Tage. Rechnet man ein wenig herum, dann findet man heraus, dass 19 Jahre mit 6939,75 Tage fast genau so lange dauern wie 235 synodische Monate mit 6939,55 Tage. Alle 6940 Tage wiederholt sich also eine bestimmte Konstellation zwischen Sonne, Erde und Mond. Und da ein synodischer Monat der Zeitraum ist, der den Wechsel der Mondphasen beschreibt, findet eine Mondphase – zum Beispiel Vollmond – die in einem Jahr an einem bestimmten Tag stattgefunden hat, 6940 Tage oder 19 Jahre später wieder am selben Tag des Jahres statt.
Mondfinsternis am 15. April 2014 (Bild: Tomruen, CC-BY-SA 3.0)
Neben dem Meton-Zyklus, der sich mit den Mondphasen beschäftigt, gibt es natürlich auch noch entsprechende Zyklen für die Abläufe von Mond- oder Sonnenfinsternisse. Die Sache mit den Finsternissen ist allerdings wirklich komplex. Ein wenig habe ich schon in Folge 57 der Sternengeschichten erzählt. Kurz zusammengefasst: Sonne oder Mond können sich nur dann verfinstern, wenn sie exakt in einer Linie mit der Erde stehen. Das kann nur passieren, wenn der Mond gerade in unmittelbarer Nähe eines der beiden Knotenpunkte steht. Außerdem muss dann aber auch noch gerade Voll- oder Neumond herrschen. Ist Vollmond, dann steht die Erde genau zwischen Mond und Sonne und der Erdschatten verdunkelt den Mond. Ist Neumond, dann steht der Mond zwischen Sonne und Erde und es gibt eine Sonnenfinsternis. Wie schon gesagt verändert sich die Position der Knotenpunkte aber im Laufe der Zeit. Steht der Mond in einem Jahr an einem bestimmten Tag im Knotenpunkt und gibt es eine Finsternis, dann erreicht der Mond im folgenden Jahr den Knotenpunkt schon 10 Tage früher. Dann passt die Konstellation nicht mehr so ganz und es wird eventuell keine Finsternis mehr geben, höchstens noch eine partielle Bedeckung. Man kann wieder das gleiche Rechenspiel anstellen wie beim Meton-Zyklus. 242 drakonitische Monate, die ja in Bezug auf die Knotenpunkte gemessen werden sind ziemlich genau gleich lang wie 223 synodische Monate die die Mondphasen beschreiben. Dieser Zeitraum entspricht 18 Jahren und 11,3 Tagen und so lange dauert es, bis der Mond nicht nur wieder die selbe Position in Bezug auf Sonne und Erde sondern auch zum Knotenpunkt einnimmt.
Sonnen- und Mondfinsternisse wiederholen sich also nach 18 Jahren und 11,3 Tagen und diese Periode, die auch Saros-Zyklus genannt wird, wurde schon im Altertum bei den Babyloniern zur Vorhersage von Finternissen benutzt. Sie stimmt allerdings nicht exakt; all die verschiedenen Störungen, Schwankungen und anderen Variationen führen zu Abweichungen. Und über die Mondbahn selbst gäbe es auch noch jede Menge zu sagen. Aber das hebe ich mir für eine andere Folge der Sternengeschichten auf…
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