Mondphase

Eine Mondphase beschreibt die scheinbare Form des Mondes während seines Tages und seiner Nacht, aus der Ferne betrachtet. Da der Mond durch Gezeitenkräfte an die Erde gebunden ist , dauert der Zyklus der Phasen einen Mondmonat und durchläuft dabei immer dieselbe Seite des Mondes, die der Erde zugewandt ist . Im allgemeinen Sprachgebrauch sind die vier Hauptphasen Neumond , erstes Viertel , Vollmond und letztes Viertel . Die vier Nebenphasen sind zunehmende Sichel , zunehmender Halbmond , abnehmender Halbmond und abnehmende Sichel . Ein Mondmonat ist die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wiederholungen derselben Phase. Aufgrund der Exzentrizität der Mondbahn ist diese Dauer nicht exakt konstant, beträgt aber im Durchschnitt etwa 29,5 Tage.

Das Erscheinungsbild des Mondes (seine Phase) hängt vom Breitengrad des Beobachters ab und ist auf der Nord- und Südhalbkugel entgegengesetzt. Es ändert sich allmählich im Laufe eines Mondmonats, da sich die relative Position des Mondes um die Erde und der Erde um die Sonne verändert. Die sichtbare Seite des Mondes wird je nach Position des Mondes in seiner Umlaufbahn unterschiedlich stark von der Sonne beleuchtet, wobei der Anteil der Sonneneinstrahlung zwischen 0 % (Neumond) und nahezu 100 % (Vollmond) variiert. ^{[ 1 ]}

Der Mond rotiert auf seiner Umlaufbahn um die Erde und ändert dabei seine Ausrichtung zur Sonne, wodurch ein Mondtag entsteht . Ein Mondtag entspricht einem Mondmonat (einer synodischen Umrundung der Erde), da der Mond gezeitenbedingt an die Erde gebunden ist. Da der Mond nicht gezeitenbedingt an die Sonne gebunden ist, gibt es auf dem Mond sowohl Tag als auch Nacht. Die sich verändernde Position der Sonneneinstrahlung auf den Mond während eines Mondtages ist von der Erde aus als die wechselnden Mondphasen beobachtbar: Die zunehmende Sichel markiert den Sonnenaufgang, die abnehmende Sichel den Sonnenuntergang. ^{[ 2 ]}

Es gibt vier Hauptmondphasen : Neumond , erstes Viertel, Vollmond und letztes Viertel (auch drittes oder letztes Viertel genannt). In diesen Phasen steht der Mond, vom Erdmittelpunkt aus gesehen, in einem Winkel von 0°, 90°, 180° bzw. 270° zur Sonne. ^{[ 3 ] [ a ]} ​​Jede dieser Phasen tritt an verschiedenen Orten der Erde zu leicht unterschiedlichen Zeiten auf. Die tabellierten Zeiten beziehen sich daher immer auf den Erdmittelpunkt ( geozentrisch ).

Zwischen den Hauptphasen liegen Zwischenphasen , in denen der beleuchtete Mond entweder als Sichel oder als zunehmender Mond erscheint . Im Durchschnitt dauern die Zwischenphasen ein Viertel eines synodischen Monats oder 7,38 Tage. ^{[ b ]}

Der Begriff „zunehmender Mond“ bezeichnet eine Zwischenphase, in der die scheinbare Form des Mondes dicker wird, vom Neumond zum Vollmond; „abnehmender Mond“ hingegen eine Phase , in der die Form dünner wird. Die Dauer vom Vollmond zum Neumond (oder vom Neumond zum Vollmond) variiert zwischen etwa 13 und 22 Tagen .+1/2 Stunden bisetwa 15 Tage 14+1 ½ Stunden. ​

Aufgrund der Mondbewegung relativ zum Meridian und zur Ekliptik auf der Nordhalbkugel der Erde :

• Der Neumond steht am höchsten zur Sommersonnenwende und am niedrigsten zur Wintersonnenwende.
• Der Mond im ersten Viertel steht am höchsten zur Frühlingstagundnachtgleiche und am niedrigsten zur Herbsttagundnachtgleiche.
• Der Vollmond steht am höchsten zur Wintersonnenwende und am niedrigsten zur Sommersonnenwende.
• Der abnehmende Mond steht am höchsten zur Herbst-Tagundnachtgleiche und am niedrigsten zur Frühlings-Tagundnachtgleiche.

Nicht-westliche Kulturen verwenden möglicherweise eine andere Anzahl von Mondphasen; beispielsweise kennt die traditionelle hawaiianische Kultur insgesamt 30 Phasen (eine pro Tag). ^{[ 4 ]}

Wenn Sonne und Mond auf derselben Seite der Erde stehen (Konjunktion), spricht man von Neumond, und die der Erde zugewandte Seite des Mondes wird nicht von der Sonne beleuchtet. Mit zunehmendem Mond (die von der Erde aus sichtbare beleuchtete Oberfläche nimmt zu) durchläuft der Mond die Phasen Neumond, zunehmender Mond, erstes Viertel, zunehmender Mond und Vollmond. Anschließend nimmt der Mond wieder ab und durchläuft die Phasen zunehmender Mond, letztes Viertel und zunehmender Mond, bevor er schließlich wieder Neumond wird.

Die Begriffe „ Altmond“ und „Neumond“ sind nicht synonym. Der „Altmond“ ist eine abnehmende Sichel (die schließlich mit bloßem Auge nicht mehr sichtbar ist), bis sie sich mit der Sonne ausrichtet und wieder zunimmt; dann wird sie wieder zum Neumond. ^{[ 5 ]} Der Begriff „Halbmond“ wird oft für das erste und dritte Viertel verwendet, während „ Viertel“ sich auf den Umfang des Mondzyklus um die Erde bezieht, nicht auf die Mondform.

Betrachtet man eine beleuchtete Halbkugel aus einem bestimmten Winkel, so ergibt sich für den sichtbaren Bereich eine zweidimensionale Form, die durch den Schnittpunkt einer Ellipse und eines Kreises definiert ist (wobei die Hauptachse der Ellipse mit dem Durchmesser des Kreises übereinstimmt). Ist die Halbellipse konvex zum Halbkreis, so ist die Form nach außen gewölbt (dickicht) ^{[ 6 ]} , ist sie hingegen konkav, so ist die Form eine Sichel . Bei einer Sichel des Mondes kann das Phänomen des Erdscheins auftreten, bei dem die Nachtseite des Mondes schwach indirektes Sonnenlicht von der Erde reflektiert ^{[ 7 ] .}

Mondphasen		Beleuchteter Bereich		Sichtweite	Durchschnittliche Mondaufgangszeit [ c ]​	Zeitpunkt des Höhepunkts (höchster Punkt)	Mittlere Monduntergangszeit [ c ]​	Illustrationen von		Foto (Ansicht von der Nordhalbkugel)
		Nordhalbkugel​	Südliche Hemisphäre					Nordpol​	Südpol​
Neumond		Scheibe vollständig im Schatten (nur vom Erdlicht beleuchtet )		Unsichtbar (zu nah an der Sonne), außer während einer totalen oder ringförmigen Sonnenfinsternis (wenn der Mond die Sonnenscheibe verdeckt).	06:00	12:00	18:00
Zunehmender Mond	Zunehmender Halbmond	Rechte Seite: (1 %–49 %) beleuchtete Scheibe	Linke Seite: (1 %–49 %) beleuchtete Scheibe	Vom späten Vormittag bis nach Einbruch der Dunkelheit	09:00	15:00	21:00
	Erstes Quartal	Rechte Seite: 50 % beleuchtete Scheibe	Linke Seite: 50 % beleuchtete Scheibe	Nachmittag und frühe Nacht	12:00	18:00	00:00
	Zunehmender Halbmond	Rechte Seite: (51 %–99 %) beleuchtete Scheibe	Linke Seite: (51 %–99 %) beleuchtete Scheibe	Später Nachmittag und der größte Teil der Nacht	15:00	21:00	03:00
Vollmond		100% beleuchtete Scheibe, außer während einer totalen oder partiellen Mondfinsternis (wenn der Mond den Erdschatten durchquert).		Sonnenuntergang bis Sonnenaufgang (die ganze Nacht)	18:00	00:00	06:00
Abnehmender Mond	abnehmender Halbmond	Linke Seite: (99 %–51 %) beleuchtete Scheibe	Rechte Seite: (99 %–51 %) beleuchtete Scheibe	Den größten Teil der Nacht und des frühen Morgens	21:00	03:00	09:00
	Letztes Quartal	Linke Seite: 50 % beleuchtete Scheibe	Rechte Seite: 50 % beleuchtete Scheibe	Spät in der Nacht und am Morgen	00:00	06:00	12:00
	Abnehmender Halbmond	Linke Seite: (49 %–1 %) beleuchtete Scheibe	Rechte Seite: (49 %–1 %) beleuchtete Scheibe	Vor Sonnenaufgang bis zum frühen Nachmittag	03:00	09:00	15:00

Obwohl der erste formale Kalender vor etwa 5.000 Jahren in Mesopotamien entstand , haben Archäologen Methoden der Zeitmessung auf Basis des Mondzyklus identifiziert , die bis in prähistorische Zeiten zurückreichen. So werden beispielsweise Markierungen an einer Stätte in Schottland, die auf ein Alter von 10.000 Jahren datiert sind, als Lunisolarkalender interpretiert. Dieser Kalender markierte demnach sowohl den Mondzyklus als auch die Wintersonnenwende und zeigte damit, dass man erkannte, dass er jährlich neu kalibriert werden musste, da ein Mondjahr kürzer als ein Sonnenjahr ist . ^{[ 8 ]}

Die natürlichen Zeiteinheiten der meisten historischen Gesellschaften sind der Tag , das Sonnenjahr und der Mondzyklus . Die erste Sichel des Neumondes markiert einen klaren und regelmäßigen Zeitpunkt, und reine Mondkalender (wie der islamische Hijri-Kalender ) basieren vollständig auf diesem Kriterium. Da ein Jahr mit zwölf Mondmonaten jedoch zehn oder elf Tage kürzer ist als das Sonnenjahr, gerät ein Mondkalender mit den Jahreszeiten aus dem Takt. Lunisolarkalender lösen dieses Problem, indem sie alle paar Jahre ein Jahr mit dreizehn Mondmonaten einführen oder die Zählung mit dem ersten Neu- (oder Voll-)mond nach der Wintersonnenwende neu beginnen . Der sumerische Kalender ist der erste, der die erstgenannte Methode verwendet; der chinesische Kalender verwendet die letztgenannte, obwohl er seinen Beginn auf den zweiten oder sogar dritten Neumond nach der Sonnenwende verschiebt . Der hinduistische Kalender , ebenfalls ein Lunisolarkalender, unterteilt den Monat zusätzlich in zwei vierzehntägige Perioden , die den zunehmenden und den abnehmenden Mond markieren.

Der antike römische Kalender war im Wesentlichen ein Lunisolarkalender. Auf Anordnung Julius Caesars im 1. Jahrhundert v. Chr. führte Rom einen Sonnenkalender mit zwölf Monaten ein, von denen jeder – außer in Schaltjahren – eine feste Anzahl von Tagen hatte. Dieser Julianische Kalender (1582 leicht überarbeitet, um die Schaltjahresregel zu korrigieren ) bildet die Grundlage für den Gregorianischen Kalender , der heute weltweit fast ausschließlich als bürgerlicher Kalender verwendet wird.

Jede der vier Zwischenphasen dauert ungefähr sieben Tage (durchschnittlich 7,38 Tage), variiert jedoch um ±11,25 % aufgrund des Mondapogäums und -perigäums .

Die Anzahl der Tage, gezählt ab dem Zeitpunkt des Neumonds, ist das „Alter“ des Mondes. Jeder vollständige Zyklus der Mondphasen wird als „ Lunation “ bezeichnet. ^{[ 10 ]}

Das ungefähre Alter des Mondes und damit seine Phase lässt sich für jedes beliebige Datum berechnen, indem man die Anzahl der Tage seit einem bekannten Neumond (z. B. 1. Januar 1900 oder 11. August 1999) ermittelt und diese Zahl modulo 29,53059 Tagen (der mittleren Länge eines synodischen Monats ) reduziert. ^{[ 11 ] [ d ]} Die Differenz zwischen zwei Daten kann berechnet werden, indem man die Julianische Tageszahl des einen Datums von der des anderen subtrahiert. Alternativ gibt es einfachere Formeln, die beispielsweise die Anzahl der Tage seit dem 31. Dezember 1899 angeben. Diese Berechnung setzt jedoch eine perfekt kreisförmige Umlaufbahn voraus und berücksichtigt nicht die Tageszeit des Neumondes. Daher kann sie um mehrere Stunden ungenau sein. (Die Genauigkeit nimmt zudem mit zunehmender Differenz zwischen dem gesuchten Datum und dem Referenzdatum ab.) Für eine einfache Uhr mit Mondphasenanzeige ist die Berechnung ausreichend genau. Für spezielle Anwendungen, die Apogäum und Perigäum berücksichtigen, ist jedoch eine aufwendigere Berechnung erforderlich. Aufgrund der Libration des Mondes ist es außerdem nicht ungewöhnlich, bis zu 101 % des Vollmondes oder sogar bis zu 5 % der Mondrückseite zu sehen.

Die Phase entspricht der Fläche der sichtbaren Mondkugel, die von der Sonne beleuchtet wird. Diese Fläche bzw. dieser Beleuchtungsgrad ergibt sich aus , wobei die Elongation (d. h. der Winkel zwischen Mond, Beobachter auf der Erde und Sonne) ist. ${\displaystyle (1-\cos \theta )/2=\sin ^{2}(\theta /2)}$${\displaystyle \theta }$

Auf der Nordhalbkugel gilt : Ist die linke Seite des Mondes dunkel, nimmt der helle Teil zu, und der Mond wird als zunehmend (auf den Vollmond zusteuernd) bezeichnet. Ist die rechte Seite dunkel, nimmt der helle Teil ab, und der Mond wird als abnehmend (nach dem Vollmond und auf den Neumond zusteuernd) bezeichnet. Befindet sich der Betrachter auf der Nordhalbkugel, ist die rechte Seite des Mondes diejenige, die stets zunimmt. (Das heißt: Ist die rechte Seite dunkel, wird der Mond dunkler; ist die rechte Seite beleuchtet, wird der Mond heller.)

Auf der Südhalbkugel wird der Mond aus einer umgekehrten, um 180° gedrehten Perspektive beobachtet, im Vergleich zur Nordhalbkugel und zu allen Abbildungen in diesem Artikel, sodass die gegenüberliegenden Seiten zu- bzw. abzunehmen scheinen.

In Äquatornähe erscheint der Mondterminator morgens und abends horizontal. Da die obigen Beschreibungen der Mondphasen nur für mittlere und hohe Breiten gelten , sehen Beobachter, die sich von nördlichen oder südlichen Breiten in Richtung der Tropen bewegen , den Mond im Vergleich zu den Abbildungen in diesem Artikel im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn gedreht.

Die Mondsichel kann sich nach oben oder unten öffnen, wobei die „Hörner“ der Sichel entsprechend nach oben oder unten zeigen. Steht die Sonne über dem Mond, öffnet sich die Sichel nach unten; steht der Mond über der Sonne, öffnet sie sich nach oben . Die Mondsichel ist am deutlichsten und hellsten zu sehen, wenn die Sonne unter dem Horizont steht. Das bedeutet, dass der Mond über der Sonne stehen und die Sichel sich nach oben öffnen muss. Daher ist die Mondsichel in den Tropen am häufigsten in dieser Position zu beobachten. Zunehmende und abnehmende Mondsichel sehen sich sehr ähnlich. Die zunehmende Sichel erscheint abends am westlichen Himmel, die abnehmende morgens am östlichen.

Die Exzentrizität der Mondbahn führt zu leichten Abweichungen in seiner scheinbaren Größe, wie sie von der Erde aus betrachtet wird, und bewirkt außerdem, dass er zu verschiedenen Zeiten aus leicht unterschiedlichen Winkeln gesehen wird.

Der Effekt ist mit bloßem Auge kaum wahrnehmbar, von Nacht zu Nacht jedoch in Zeitrafferaufnahmen sichtbar .

Die Libration des Mondes bewirkt, dass ein Teil der Mondrückseite zeitweise von der Erde aus sichtbar ist. Aus diesem Grund wurden bereits rund 59 % der Mondoberfläche vom Boden aus fotografiert.

Die Erde erscheint vom Mond aus gesehen unter einem Winkel von etwa zwei Grad. Das bedeutet, dass ein Beobachter auf der Erde, der den Mond nahe dem östlichen Horizont sieht, ihn aus einem um etwa zwei Grad anderen Winkel wahrnimmt als ein Beobachter, der den Mond am westlichen Horizont sieht . Der Mond bewegt sich täglich um etwa zwölf Grad auf seiner Umlaufbahn. Würden diese Beobachter also stillstehen, sähen sie die Mondphasen zu Zeiten, die sich um etwa ein Sechstel eines Tages, also vier Stunden, unterscheiden. Da sich die Beobachter aber auf der Oberfläche der rotierenden Erde befinden, sieht jemand, der den Mond in einem Moment am östlichen Horizont sieht, ihn etwa zwölf Stunden später am westlichen Horizont. Dies führt zu einer Schwankung im scheinbaren Ablauf der Mondphasen. Sie scheinen langsamer abzulaufen, wenn der Mond hoch am Himmel steht, als wenn er unter dem Horizont ist. Der Mond bewegt sich ruckartig, und die Mondphasen scheinen sich ähnlich zu bewegen. Die Amplitude dieser Schwingung beträgt nie mehr als etwa vier Stunden, also nur einen Bruchteil eines Monats . Sie hat keinen erkennbaren Einfluss auf das Erscheinungsbild des Mondes. Allerdings beeinflusst sie die genaue Berechnung der Mondphasen.

Wenn der Mond von der Erde aus gesehen eine schmale Sichel ist , ist die Erde vom Mond aus betrachtet fast vollständig von der Sonne beleuchtet. Die dunkle Seite des Mondes wird schwach vom von der Erde reflektierten Sonnenlicht, dem sogenannten Erdschein , erhellt , der hell genug ist, um von der Erde aus gut sichtbar zu sein. Dies wird manchmal als „der alte Mond in den Armen des neuen Mondes“ bei abnehmender Sichel oder als „der neue Mond in den Armen des alten Mondes“ bei zunehmender Sichel bezeichnet. ^{[ 13 ]}

Es kann verwirrend sein, dass die siderische Umlaufzeit des Mondes 27,3 Tage beträgt, während sich die Mondphasen alle 29,5 Tage wiederholen (synodische Periode). Dies liegt an der Erdumlaufbahn um die Sonne. Der Mond umkreist die Erde 13,4 Mal pro Jahr, passiert aber nur 12,4 Mal die Sonne.

Man könnte erwarten, dass einmal im Monat, wenn der Mond bei Neumond zwischen Erde und Sonne steht, sein Schatten auf die Erde fällt und eine Sonnenfinsternis verursacht . Dies geschieht jedoch nicht jeden Monat. Ebenso wenig trifft es zu, dass bei jedem Vollmond der Schatten der Erde auf den Mond fällt und eine Mondfinsternis hervorruft . Sonnen- und Mondfinsternisse sind nicht monatlich zu beobachten, da die Ebene der Mondbahn um die Erde gegenüber der Ebene der Erdbahn um die Sonne (der Ekliptik ) um etwa 5° geneigt ist. Daher befindet sich der Mond bei Neu- und Vollmond üblicherweise nördlich bzw. südlich der direkten Linie zwischen Erde und Sonne.

Eine Sonnenfinsternis kann nur bei Neumond (Sonnenfinsternis) oder Vollmond (Mondfinsternis) auftreten. Der Mond muss sich zudem sehr nahe am Schnittpunkt der Erdbahn um die Sonne und der Mondbahn um die Erde befinden (an einem der Knotenpunkte ). Dies geschieht etwa zweimal jährlich, sodass es in einem Kalenderjahr zwischen vier und sieben Finsternisse gibt. Die meisten dieser Finsternisse sind partiell; totale Sonnen- oder Mondfinsternisse sind seltener.

Die Mondphasen entstehen nicht, wie manche glauben, durch den Schatten der Erde auf den Mond. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Sie entstehen vielmehr durch den Schatten des Mondes auf sich selbst, ähnlich wie der Schatten der Erde auf einer Seite der Erde Nacht macht. Der Winkel der Sonne zum Mond bestimmt, wie viel vom Mond beleuchtet wird.

• Blauer Mond  – Astronomisches Phänomen
• Erdphasen  – Die Erdphasen aus der Sicht des Mondes
• Mondeffekt  – Unbewiesener Vorschlag zum Einfluss des Mondzyklus auf terrestrische Lebewesen
• Mondmonat  – Die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Neumonden. (Auch bekannt als „Lunation“.)
• Mondbeobachtung  – Methoden und Instrumente zur Beobachtung des Mondes
• Planetenphase  – Der Teil des Planeten, der Sonnenlicht reflektiert
• Planetenschein  – Beleuchtung durch reflektiertes Sonnenlicht von einem Planeten
• Gezeiten  – Veränderung des Meeresspiegels aufgrund der Schwerkraft
• Woche  – Zeiteinheit, die sieben Tagen entspricht
• Monat  – Zeiteinheit, üblicherweise 28 bis 31 Tage
• Parmenides  – Griechischer Philosoph des 5. Jahrhunderts v. Chr., der versuchte, die Mondphasen zu erklären

• Sechs-Jahrtausende-Katalog der Mondphasen: Mondphasen von -1999 bis +4000 (2000 v. Chr. bis 4000 n. Chr.) .
• Druckbare Phasenuhr/Phasenanzeige , von John Krieger, Lyncean Education (2023)
• Zeitmessung nach dem Mondlicht (druckbare 24-Stunden-Uhr-PDF-Vorlage) , von Joél Nathansen vom College of Education, University of Hawaiʻi at Mānoa (2019)