Warum haben Erdschatten und Mondschatten drei Teile?
Auf ihrer Reise durch den Weltraum werfen Erde und Mond drei verschiedene Schatten, die jeweils verschiedene Sonnen- und Mondfinsternisse erzeugen: Kernschatten, Halbschatten und Antumbra. Wie entstehen die drei Schatten?
Kern-, Halb- und Ringschatten des Mondes
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Erde und Mond haben 3 Schatten
Wenn der Mondschatten auf die Erde fällt, erleben wir eine Sonnenfinsternis. Eine Mondfinsternis entsteht, wenn der Erdschatten auf den Mond fällt.
Es gibt jeweils drei Spielarten von Sonnen- und Mondfinsternissen. Eine Sonnenfinsternis kann total, partiell oder ringförmig sein. Auch bei Mondfinsternissen gibt es totale und partielle Varianten, daneben Halbschatten-Mondfinsternisse.
Die Art von Finsternis hängt dabei vom beteiligten Teil des Erd- oder Mondschattens ab. Der Mond und die Erde werfen jeweils drei verschiedene Schatten:
- Kernschatten (Umbra)
- Halbschatten (Penumbra)
- Antumbra
Der Kernschatten ist das dunkle Zentrum des Schattens, Halbschatten und Antumbra sind hellere Schattenareale.
Schattenexperimente
Um zu verstehen, warum Erdschatten und Mondschatten aus jeweils drei Teilen bestehen, schaut man sich das ganze am besten in einem kleineren Maßstab an.
Nicht alle Objekte werfen drei Schatten. Die Anzahl der Schatten, die ein lichtundurchlässiger Gegenstand wirft, hängt von seiner Größe im Vergleich zur Lichtquelle ab. Die absolute Größe ist unwichtig. So wirft zum Beispiel auch ein Basketball, der von einer großen Lampe bestrahlt wird, drei Schatten – genau wie Erde und Mond.
Stellen Sie sich also vor, Sie stünden in einem fensterlosen Raum mit einer Lichtquelle auf einer Seite und einem Basketball in der Mitte. Sowohl die Lampe als auch der Ball befinden sich auf derselben Höhe wie Ihr Kopf. Sie positionieren sich auf der gegenüberliegenden Seite des Balls, sodass sich folgende Konstellation ergibt: Lampe – Basketball – Sie.
Erstes Experiment: Nur Kernschatten
Eine punktuelle Lichtquelle erzeugt nur einen Kernschatten.
Wenn der Ball von einer punktuellen Lichtquelle bestrahlt wird, entsteht nur eine Art von Schatten: der Kernschatten.
Bei diesem Experiment wird der Basketball von einer sehr kleinen Taschenlampe bestrahlt. Schauen Sie von der gegenüberliegenden Seite des Balls in Richtung Lichtquelle, ist diese für Sie komplett unsichtbar, da der Ball im Weg ist und sämtliche direkten Lichtstrahlen blockiert. Der Schatten des Balls ist in diesem Fall einförmig, es entsteht nur ein Kernschatten.
Bewegen Sie sich zur Seite, wird das Licht der Taschenlampe mit einem Mal sichtbar, sobald Sie sich aus dem Kernschatten herausbewegen.
Zweites Experiment: Kernschatten und Halbschatten
Eine Lichtquelle mit einer größeren Fläche erzeugt zwei Schatten.
Wenn die Lichtquelle nicht punktuell ist, wenn sie also einen gewissen Durchmesser hat, erscheint ein zweiter Schatten um den Kernschatten herum: der Halbschatten.
Jetzt wird der Basketball von einer runden Lampe bestrahlt. Die Lampe ist etwas kleiner als der Ball. Wenn Sie sich mit Lampe und Ball genau in eine Linie bringen, sehen Sie auch jetzt die Lichtquelle nicht, da Sie sich im Kernschatten des Balls befinden. Bewegen Sie sich jedoch etwas zur Seite, wird zunächst nur ein Teil der Lampe sichtbar, während sich der andere Teil noch immer hinter dem Ball verbirgt. Sie befinden sich nun im Halbschatten.
Machen Sie noch einen Schritt zur Seite, sodass die gesamte Oberfläche der Lampe sichtbar wird, haben Sie den Halbschatten verlassen.
Drittes Experiment: Kernschatten, Halbschatten, Antumbra
Hat die Lichtquelle einen größeren Durchmesser als der Schatten werfende Gegenstand, entsteht eine Antumbra.
Hat die Lichtquelle einen größeren Durchmesser als der Gegenstand, der den Schatten wirft, erscheint jenseits des Kernschattens ein drittes Schattenareal: die Antumbra, auch Ringschatten genannt.
Auch in diesem Experiment wird der Basketball von einer Lampe bestrahlt; dieses Mal ist sie jedoch etwas größer als der Ball. Sie stehen wieder auf der gegenüberliegenden Seite des Balls, jedoch zunächst nur 30 Zentimeter von ihm entfernt. Wieder können Sie die Lichtquelle – trotz ihrer Größe – nicht sehen, da der Ball aus der Nähe größer wirkt als die Lampe. Sie befinden sich wieder im Kernschatten des Balls.
Jetzt machen Sie jedoch langsam ein paar Schritte nach hinten. Während Sie sich vom Ball wegbewegen, verringert sich auch seine scheinbare Größe. Irgendwann erscheint, wenn Sie sich genau in einer Linie mit Lampe und Ball befinden, der äußere Rand der Lichtquelle um den Ball herum. Sie haben soeben die Antumbra des Balls betreten.
Auch die Antumbra ist vom Halbschatten umgeben. Machen Sie jetzt einen Schritt zur Seite, sehen Sie, wie im zweiten Experiment, nur einen Teil der Lampe. Noch ein Schritt zur Seite, und Sie verlassen den Halbschatten – dann wird wieder die gesamte Lampe sichtbar.
Welcher Schatten erzeugt welche Finsternis?
Unser Sonnensystem ähnelt dem Aufbau in unserem dritten Experiment. Die Sonne ist eine sehr große Lichtquelle, deren Durchmesser jene von Erde und Mond bei weitem übertrifft. So bestehen Erdschatten und Mondschatten, wie der Schatten des Basketballs im letzten Experiment, aus jeweils drei Teilen.
Jeder Schatten verursacht verschiedene Sonnen- oder Mondfinsternisse. Bei Sonnenfinsternissen entscheidet unter anderem die aktuelle Entfernung von Sonne und Mond und Ihre genaue Position auf der Erdoberfläche über die Art von Sonnenfinsternis, die Sie zu Gesicht bekommen. Ist der Mond zum Beispiel zum Zeitpunkt der Finsternis besonders weit von der Erde entfernt, fällt die Antumbra auf die Erde und man kann eine ringförmige Sonnenfinsternis erleben. Dabei wird der Rand der Sonne als strahlender Kranz um den Mond sichtbar – genau wie der Rand der Lampe im dritten Experiment. Kommt der Mond der Erde besonders nah, erreicht uns stattdessen der Kernschatten. Das Resultat ist eine totale Sonnenfinsternis.
Da sowohl der Kernschatten als auch die Antumbra des Mondes von einem Halbschatten umgeben sind, sehen Sie eine partielle Sonnenfinsternis, wenn Sie sich außerhalb des zentralen Schattens aufhalten. Dabei verdeckt der Mond nur einen Teil der Sonnenscheibe.
Was ist eine hybride Sonnenfinsternis?
Bei einer Mondfinsternis entscheidet dagegen allein die Konstellation von Sonne, Erde und Mond über den Teil des Erdschattens, der auf die Mondoberfläche fällt – und damit über die Art der Mondfinsternis. Befinden sich die drei Himmelskörper in einer Linie, gibt es eine totale Mondfinsternis. Ist die Linie nicht ganz gerade, sehen wir eine partielle Mondfinsternis oder es kommt, bei noch größerer Abweichung, zu einer Halbschatten-Mondfinsternis.
Kernschatten-Finsternisse
Der Kernschatten ist an folgenden Finsternissen beteiligt:
- Totale Sonnenfinsternis – der Kernschatten des Mondes fällt auf die Erde und der Beobachter befindet sich im Kernschatten.
- Totale Mondfinsternis – der Kernschatten der Erde bedeckt die gesamte sichtbare Mondoberfläche.
- Partielle Mondfinsternis – der Kernschatten der Erde bedeckt nur einen Teil der sichtbaren Mondoberfläche.
Halbschatten-Finsternisse
Der Halbschatten verursacht die folgenden Sonnen- und Mondfinsternisse:
- Partielle Sonnenfinsternis – der Halbschatten des Mondes fällt auf die Erde und der Beobachter befindet sich im Halbschatten.
- Partielle Mondfinsternis – der Halbschatten der Erde fällt auf den Teil der sichtbaren Mondoberfläche, der nicht vom Kernschatten bedeckt ist.
- Halbschatten-Mondfinsternis – der Halbschatten der Erde bedeckt die sichtbare Mondoberfläche ganz oder teilweise, während der Kernschatten am Mond vorbeistrahlt.
Antumbra-Finsternisse
Die Antumbra erzeugt nur einen Finsternis-Typ:
- Ringförmige Sonnenfinsternis – die Antumbra des Mondes fällt auf die Erde und der Beobachter befindet sich in der Antumbra.