mini|Animation der Mondphasen – daneben sind auch Erdnähe und Erdferne als Größenschwankung und Libration als „Torkeln“ zu erkennen
Als Mondphasen bezeichnet man die wechselnden Lichtgestalten des Mondes. Sie entstehen durch die perspektivische Lageänderung seiner Tag-Nacht-Grenze relativ zur Erde während seines Erdumlaufes. Gebräuchlich ist die Einteilung in vier Viertel von je ungefähr einer Woche Länge. Ein gesamter Mondphasenzyklus von einem Neumond zum folgenden Neumond wird auch Lunation genannt und dauert im Mittel etwa 29,53 Tage.
Im Phasenzyklus folgt nach Neumond zunehmender Mond, nach Vollmond abnehmender Mond. Hauptphasen des Zyklus sind neben Neumond (Leerphase) und Vollmond (Vollphase) auch die beiden Halbphasen (zunehmender beziehungsweise abnehmender Halbmond). Bei Halbmond (Dichotomie) ist die Hälfte (50 %) der sonnenbeschienenen Mondoberfläche sichtbar. Astronomen beziehen sich auf Teilungen des vollen Zyklus des Mondes, wenn sie die zunehmende Halbphase Ende Erstes Viertel, die abnehmende Halbphase Beginn Letztes Viertel nennen. Während des ersten Zyklusviertels ist der zunehmende Mond am Abendhimmel beziehungsweise in der ersten Nachthälfte zu sehen, während des letzten Viertels der abnehmende Mond in der zweiten Nachthälfte bzw. am Morgenhimmel. Nur während des ersten und des letzten Viertels des Phasenzyklus erscheint der Erdtrabant als Mondsichel. Wenn sie nach Neumond erstmals als ganz schmale Sichel am Abendhimmel sichtbar wird, spricht man vom Neulicht, bei ihrer letzten Sichtbarkeit am Morgenhimmel vor Neumond vom Altlicht.
Berechnung der Mondphasen Jede der vier mittleren Mondphasen dauert im Durchschnitt etwa sieben Tage (ungefähr 7,38 Tage), doch diese Dauer kann sich um etwa ±11 % verändern, abhängig von der wechselnden Entfernung des Mondes zur Erde – also zwischen Apogäum (fernster Punkt) und Perigäum (nächster Punkt).
Die Anzahl der Tage seit dem letzten Neumond wird als Mondalter bezeichnet. Ein vollständiger Zyklus der Mondphasen wird Lunation genannt.
Das ungefähre Alter und die Phase des Mondes für ein beliebiges Datum lassen sich berechnen, indem man die Anzahl der Tage seit einem bekannten Neumond (zum Beispiel dem 1. Januar 1900 oder dem 11. August 1999) bestimmt und diese Zahl durch die durchschnittliche Länge eines synodischen Monats (29,53059 Tage) teilt. Der Rest dieser Division entspricht dem Mondalter. Diese Methode geht von einer vollkommen kreisförmigen Umlaufbahn aus und berücksichtigt nicht die genaue Zeit des Neumonds, weshalb die Ergebnisse um einige Stunden abweichen können. Je weiter das gewählte Datum vom Referenzdatum entfernt ist, desto ungenauer werden die Resultate.
Diese vereinfachte Berechnung eignet sich für allgemeine oder dekorative Zwecke, etwa für Mondphasenuhren. Für präzisere Anwendungen, bei denen das Apogäum und das Perigäum des Mondes berücksichtigt werden müssen, sind komplexere Methoden erforderlich.
Aufgrund der Libration des Mondes ist es manchmal möglich, etwas mehr als den vollen Mond zu sehen (bis zu etwa 101 %) oder einen kleinen Teil seiner Rückseite (bis zu etwa 5 %).
Während der Bewegung des Mondes um die Erde ändert sich der Winkel, der im gedachten Dreieck Erde-Mond-Sonne von den Verbindungslinien Erde-Mond und Erde-Sonne aufgespannt wird, die sogenannte Elongation des Mondes.Im Scheitelpunkt dieses Winkels steht somit die Erde, vergleiche Eintrag Elongation im Spektrum Online-Lexikon der Physik, abgerufen am 7. Dezember 2018. Für einen Beobachter auf der Erde verändert sich damit die Perspektive, mit der er den Mond sieht. Dies zeigt sich an der veränderten Lage der Tag-Nacht-Grenze auf der erdzugewandten Seite und damit als Änderung der Lichtgestalt des Mondes am Himmel über der Erde. Beim Durchlaufen des Mondphasenzyklus ab Neumond nimmt die Phase, als der Anteil der von der Sonne beleuchteten und gleichzeitig von der Erde aus sichtbaren Mondoberfläche, zunächst zu und anschließend wieder ab.
Gegenstück der Elongation ist der Phasenwinkel des Mondes, der im gedachten Dreieck Erde-Mond-Sonne von den Verbindungslinien Mond-Sonne und Mond-Erde aufgespannt wird. So erscheint beispielsweise bei zunehmendem Halbmond genau eine Hälfte beleuchtet, da der Phasenwinkel genau 90° beträgt. Zu dieser Phase ist auch die Elongation mit etwa 89,85° nahezu ein rechter Winkel. Der dritte Winkel im gedachten Dreieck ist jener, unter dem der Abstand Erde-Mond einem Beobachter auf der Sonne erschiene – maximal, bei Halbmond, etwa 0,15°. Weil die Distanz der Sonne zur Erde wie auch zum Mond fast vierhundertmal größer ist als die Distanz zwischen Erde und Mond, sähe er aus dieser Perspektive beide nun in einem Winkelabstand von etwa 9′ Bogenminuten, ihre sonnenzugewandte Seite voll beschienen.
Das Erde-Mond-System mit Blick auf die Nordhalbkugeln …frameless|center|upright=2Der Mond wird fast ununterbrochen von der Sonne beschienen. Da er nicht selbst leuchtet, ist somit stets nur seine von der Sonne beschienene Hälfte hell. Abhängig von der Position des Mondes auf seiner Umlaufbahn um die Erde, sieht ein irdischer Beobachter unterschiedlich viel von dieser beleuchteten Hälfte. Die so im Laufe einer Lunation zustandekommenden scheinbaren Beleuchtungsphasen des Mondes nennt man im Einzelnen: Neumond (Elongation = 0°; Phasenwinkel = 180°), erstes Viertel bzw. zunehmende Sichel (östliche Elongation < 90°; Phasenwinkel > 90°), zunehmender Halbmond (astronomisch: Erstes Viertel; östliche Elongation ≈ 90°; Phasenwinkel = 90°), zweites Viertel (östliche Elongation > 90°; Phasenwinkel < 90°), Vollmond (Elongation = 180°; Phasenwinkel = 0°), drittes Viertel (westliche Elongation > 90°; Phasenwinkel < 90°), abnehmender Halbmond (astronomisch: Letztes Viertel; westliche Elongation ≈ 90°; Phasenwinkel = 90°), letztes Viertel bzw. abnehmende Sichel (westliche Elongation < 90°; Phasenwinkel > 90°). … und der Mond von der Nordhalbkugel der Erde aus gesehenframeless|center|upright=2So erscheint der Mond im Laufe einer Lunation einem Beobachter auf der Erde. Die in der Astronomie übliche Zählung beginnt mit dem Neumond (1). Die Sichelform des Mondes im ersten (2) und letzten Viertel (8) ergibt sich aus dem Umstand, dass der Mond annähernd kugelförmig ist und deshalb die Tag-Nacht-Grenze um so stärker gekrümmt erscheint, je näher sie dem Rand des Umrisses der erdzugewandten Seite des Mondes kommt. Die Ausrichtung der Mondsicheln in der Abbildung gilt für die höheren Breiten der Nordhalbkugel der Erde. Auf der Südhalbkugel sind die Verhältnisse umgekehrt, während in Äquatornähe die Mondsichel liegend oder hängend erscheint.
Ein kompletter Zyklus von Neumond zu Neumond kommt nur während eines synodischen Monats zustande. Während eines einfachen vollen Erdumlaufs (siderischer Monat, durchschnittliche Dauer 27,32 Tage) erreicht der Mond wegen der Bewegung der Erde auf ihrer Sonnenumlaufbahn nicht die gleiche Stellung zur Sonne wie zu Beginn des Umlaufs. Legendeframeless|center|upright=2A: Erde B: Erdmond C: Umlaufrichtung des Mondes D: Mondbahn um die Erde E: Sonnenstrahlen Anmerkung: Die Größenverhältnisse der Objekte auf den Grafiken und deren Abstände zueinander entsprechen nicht den natürlichen Verhältnissen.
Sichtbarkeit Der Mond ist eine passive Lichtquelle, er streut das Licht der aktiven Lichtquelle Sonne.
Der von der Sonne beschienene Anteil der Mondoberfläche erscheint hell. Nicht von der Sonne beschienene Anteile der Oberfläche auf der erdzugewandten Seite des Mondes können dennoch sichtbar werden. Denn die Tagseite der Erde reflektiert Sonnenlicht als Erdschein ins All, das auch den Mond erreicht; es wird von dort als sogenanntes aschgraues Mondlicht teilweise wieder zurückgeworfen. Daher ist für einen Beobachter auf der Erde oft nicht nur die beispielsweise sichelförmige Lichtgestalt der Mondphase zu sehen, sondern daneben, viel schwächer, auch die restliche erdzugewandte Oberfläche. Diese ist selbst bei Mondfinsternissen noch sichtbar, da das die Erdatmosphäre passierende Sonnenlicht gebrochen wird. Insbesondere langwellige Anteile erreichen daher den Vollmond auch noch im Erdschatten, sodass er, verdunkelt, nun kupferfarbig erscheint. Die Zeiten für den Mondaufgang und Untergang variieren mit den Phasen und (geringfügiger) mit der Jahreszeit. Details sind wegen der Neigung der Mondbahnebene zu jener der Erde sowie wegen der geneigten Erdachse kompliziert. Außerdem sind die Abweichungen zwischen der tatsächlichen Sonnenzeit und der Zeitzone, in der sich der Beobachter befindet, zu beachten, insbesondere während der Gültigkeit der Sommerzeit: Bei Neumond geht der Mond in etwa zusammen mit der Sonne am Morgen auf und am Abend unter. Danach findet der Auf- und Untergang von Tag zu Tag durchschnittlich ca. 50 Minuten später statt. Im ersten Viertel geht der Mond gegen Mittag auf und gegen Mitternacht unter. Bei Vollmond geht er in der Abenddämmerung auf und in der Morgendämmerung unter und ist die ganze Nacht sichtbar (im Sommer ca. 8 Stunden, im Winter bis zu 16 Stunden). Im letzten Viertel geht er gegen Mitternacht auf und gegen Mittag unter.
Historisches Die Mondphasen wurden früher auch Wadel genannt.Siehe hierzu: Jörg Mildenberger: Anton Trutmanns „Arzneibuch“. Teil 2: Wörterbuch. Band 5: W – Z (= Würzburger medizinhistorische Forschungen. Band 56. ). Königshausen & Neumann, Würzburg 1997, S. 2229. Bei Martin Luther wird der abnehmende Mond altes Licht, der zunehmende junges Licht genannt.Martin Luther: Sämmtliche Werke. Abtheilung 3: Exegetische deutsche Schriften. Band 10. Nach den ältesten Ausgaben kritisch und historisch bearbeitet von Johann Konrad Irmischer. Heyder, Erlangen 1847, S. 206.
Lichtwirkung des Mondes mini|Zunehmender Mond mit 23 Prozent sichtbarer Oberfläche,Animation der Lunationen des Jahres 2018, APOD (NASA) vom 12. September 2018. etwa 4 Tage 16 Stunden nach Neumond aufgenommen am 13. Oktober 2018 am Nachthimmel in Berlin. Eine Viertelstunde vor Untergang steht die Mondsichel nur noch wenige Grad über dem Horizont, weshalb sie, ähnlich wie die tiefstehende Sonne, rötlich erscheint (vgl. → Rayleigh-Streuung).
Im Wandel der Mondphasen wird die irdische Nacht sehr unterschiedlich aufgehellt, und die Astronomen müssen bei Beobachtungen mit optischen Teleskopen die hellen „Mondnächte“ rund um Vollmond meist aussparen.
Zu Neumond wird die erdzugewandte Seite des Mondes nicht von der Sonne beschienen, ist also dunkel und geht – überdeckt vom atmosphärischen Himmelsblau – nahe der Sonne mit dieser auf und unter. Sichtbar ist der Neumond nur, wenn eine Sonnenfinsternis auftritt, alle paar Jahre am gleichen Standort.
Die sehr schmale Neulichtsichel steht der Sonne noch so nahe, dass sie nur kurz nach Sonnenuntergang zu sehen sein kann. Einige Tage nach Neumond steht die zunehmende Mondsichel dann abends so hoch, dass sie auch nach Ende der astronomischen Dämmerung über dem Horizont am Nachthimmel beobachtet werden kann. Eine Woche nach Neumond kann der Halbmond schon am gesamten Nachmittag sichtbar sein und scheint die halbe Nacht bis zu seinem Untergang gegen Mitternacht.
Zur starken Lichtwirkung um die Zeit des Vollmondes tragen vier Effekte bei: Ein Beobachter auf der Erde sieht nun eine vollständig von Sonne beschienene Oberfläche des Mondes leuchten, also die maximale Lichtgestalt der Mondscheibe während eines Phasenzyklus. Dabei hängt der Raumwinkel der Vollmondscheibe auf der Himmelskugel von der jeweiligen Monddistanz ab. In Erdnähe stehend erscheint der Mond größer und scheint heller als in Erdferne. Die Rückstrahlung (Albedo) des Mondes ist nun am stärksten, aus irdischer Perspektive sind die an Unebenheiten der Mondoberfläche geworfenen Schatten dem Blick entzogen, da der Einfallswinkel des auftreffenden Sonnenlichts nahezu dem Betrachtungswinkel entspricht. Dagegen scheint der Halbmond mit nur etwa 1/9 der Vollmondhelligkeit.