mondphasen experiment

Der kleine Forscher

Experiment 14: wie entstehen die mondphasen.

Wenn Du Dir mehrere Abende hintereinander den Mond anschaust, stellst Du fest, dass man mal weniger und mal mehr von ihm sehen kann. Manchmal kann man ihn sogar ganz oder auch überhaupt nicht sehen. Das nennt man die Mondphasen . Mit diesem Experiment versuche ich zu erklären, wie das kommt.  

Was brauche ich?

• Eine Taschenlampe,
• eine dunkle Unterlage (ich habe eine dunkelblaue Wolldecke  genommen),
• zwei kleine Bälle (am besten geht es mit weißen Tischtennisbällen) und
• ein dunkles Zimmer.

Wie lange dauert es?

Weniger als 5 Minuten.  

Wie funktioniert es?

Lege alles so aus, wie Du es auf den Bildern siehst. Dann mach das große Licht aus, und die Taschenlampe an. Der Lichtkegel der Taschenlampe muss so eingestellt sein, dass beide Bälle angestrahlt werden.

Nun lege Dich auf den Bauch, damit Du direkt über die eine Kugel die andere sehen kannst (Dein Auge und beide Kugeln müssen zusammen auf einer Linie liegen). Du wirst feststellen, dass sie auf der Seite von der das Licht kommt, hell erleuchtet ist (die wichtige Kugel ist die, die weiter von Dir entfernt ist … unser Mond). Die andere Seite liegt im Schatten und ist dunkel.   Bewege jetzt die eine Kugel (die hintere, also den Mond) in einer Kreisbahn um die andere Kugel (so, wie auf der Zeichnung) und peile immer wieder wie beim ersten mal, also so dass Auge und beide Kugeln eine Linie bilden. Dabei wirst Du merken, dass Du bei einigen Positionen viel Schatten und wenig angestrahlte Fläche siehst, und manchmal umgekehrt. Liegen beide Kugeln auf einer Linie mit der Taschenlampe, bekommt die hintere sogar gar kein Licht mehr ab  

Warum ist das so?

Die Kugel, die näher an Deinem Auge liegt, stellt die Erde da. Wenn Du direkt über sie hinweg siehst, ist der Effekt der gleiche, als wenn Du auf ihr stehst und zum Mond (die zweite Kugel) schaust. Die Sonne beleuchtet den Mond immer maximal zur Hälfte, wenn er nicht durch die Erde verdeckt wird. Aber diese beleuchtete Hälfte ist nicht immer der Erde zugedreht, sondern immer in Richtung Sonne (die Taschenlampe). Damit verdeckt der Mond selbst uns die Sicht auf einen Teil seiner beleuchteten Hälfte. Bei Neumond sogar ganz.

Durch seine Bahn um die Erde verändert sich immer die Größe des angestrahlten Teils, den wir sehen können. Das sind die Mondphasen . Wird der sichtbare Teil von Nacht zu Nacht größer, spricht man von zunehmenden Mond . Das passiert solange, bis man den Mond komplett sieht. Das heißt Vollmond . Von da an wird er jede Nacht kleiner ( abnehmender Mond ), bis er ganz verschwunden ist ( Neumond ). Danach fängt alles wieder von vorne an. Für den gesamten Zyklus braucht der Mond 28 Tage.  

Einfaches Model

Diese Experiment vereinfacht die Wirklichkeit sehr stark. Für eine echte Darstellung müsste z.B. die Mondbahn um 5° geneigt sein. Ansonsten gäbe es jeden Monat eine Sonnenfinsternis.

Ich arbeite zur Zeit an einem kleinen Computertrickfilm, der das richtig zeigt. Die Software, die man für so etwas benutzt (Blender) ist ganz schön kompliziert und ich bin blutiger Anfänger. Aber sobald ich das hinbekommen habe (wird wohl noch Tage oder Wochen dauern), werde ich das Video davon hier veröffentlichen. Versprochen!

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Mondphasen - Experiment

Aufgabenstellung

Nutze das Erde-Mond-Modell mithilfe von parallelem Licht (Sonne) zum Darstellen des Phänomens Mondphasen . Mache von jedem Phänomen auch ein Foto.

Vorbetrachtungen

Theoretische grundlagen.

Der Mond ist der ständige Begleiter der Erde. Bisher waren nur 12 Menschen auf dem Mond, die über den glühend heißen Gesteinsboden der Tagseite stapften, der bis zu 130 Grad erreicht. Auf der Nachtseite hingegen ist es selbst am Äquator bis zu -160 Grad kalt.

Bei seinem Lauf um die Erde braucht der Mond 29,5 Tage und auch für eine Umdrehung um sich selbst ( Rotation ). Während er die Erde umkreist, wendet der Mond uns deshalb stets dieselbe Seite zu, weshalb wir die Rückseite von der Erde aus nie zu sehen bekommen. Die Mondatmosphäre ist sehr dünn und besteht vorwiegend aus Neon, Helium, Wasserstoff und Argon . Wegen der dünnen Gashülle trübt nichts die Sicht.

Schallwellen können in dieser Leere nicht übertragen werden, es gibt weder Winde noch Wolken, daher herrscht ewige Stille . Die Oberfläche des Mondes ist etwa so groß wie die von Afrika und Europa zusammen und seine Masse entspricht nur einem Prozent der Erdmasse. Ein globales Magnetfeld fehlt, weshalb die Anziehungskraft sechsmal geringer als die der Erde ist.

Dass der Mond von sich aus leuchtet ist ein weit verbreiteter Irrglaube. In Wirklichkeit reflektiert er das Sonnenlicht, welches auf seine Oberfläche trifft.

Versuchsaufbau/Schaltplan

Verwendete Geräte

• Erde-Mond-Modell
• Boden mit Stiel für die Leuchtbox
• Optische Profilbank
• 2 Reiter für die Optische Profilbank
• Stromkabel für das Netzgerät

Für Lehrkräfte

Methodische hinweise, bemerkungen, durchführung, beschreibung der versuchsdurchführung.

• Die Leuchtbox muss so in die Profilbank eingespannt sein, dass sie mit der Linsenseite von der optischen Bank wegweist.
• Das Erde-Mond-Modell wird auf dem Reiter ungefähr 15 cm von der Leuchtbox entfernt auf der Profilbank befestigt.
• Die Leuchtbox wird an das Netzgerät mit 12 V angeschlossen und eingeschaltet. Umgebungslicht sollte vermieden werden.
• Das Mond-Modell wird an seiner Halterung in Schritten von etwa 45° im entgegengesetzten Uhrzeigersinn um das Erde-Modell gedreht.
• Die Kamera muss so nah wie möglich am Erde-Modell platziert werden, um von dort das Mond-Modell in seinen Phasen zu fotografieren.

Beobachtung

Steht der Mond genau hinter der Erde und ein wenig über ihr, so ist seine beschienene Seite komplett von der Erde aus zu sehen. Das ist der Vollmond .

Im nächsten 45° Schritt steht der Mond weiter seitlich der Erde und so sehen wir nur knapp Dreiviertel der uns zugewandten Fläche beschienen.

Im nächsten Schritt steht der Mond genau im rechten Winkel zur Erde. Dementsprechend sieht man von der Erde aus genau die Hälfte der beschienenen Fläche des Mondes.

Einen weiteren Schritt weiter und der Mond steht fast vor der Erde, von wo nur noch eine Sichel als Mond zu erkennen ist.

Im letzten Schritt steht der Mond zwischen Erde und Sonne, er wendet uns nur die unbeschienene Seite zu. Diese Phase heißt Neumond .

Anschließend folgt der aufgeführte Ablauf in umgekehrter Reihenfolge bis der Mond wieder als Vollmond von der Erde zu betrachten ist.

Und dann geht es wieder von vorne los.

Link: YouTube:Mondphasen - Experiment

Der Mond durchläuft jeden Monat seine Phasen vom Neumond über einen zunehmenden Sichelmond , den Halbmond und den zunehmenden Dreiviertelmond bis hin zum Vollmond und zurück.

Dieser Phasenwechsel entsteht, weil die Mondkugel immer nur zur Hälfte von der Sonne angestrahlt wird. Wir erkennen oft nur einen Ausschnitt dieser beleuchteten Halbkugel, das hängt mit unserem Winkel zur Sonne und Mond zusammen.

Steht der Mond genau zwischen Erde und Sonne, entsteht der Neumond, da er uns die unbeleuchtete Seite zuwendet und wir ihn dadurch nicht sehen können.

Steht er im rechten Winkel zur Sonne, sehen wir den Halbmond.

Der Vollmond entsteht, wenn er der Sonne genau gegenüber steht.

Fehlerbetrachtung

• Aufgrund von Umgebungslicht könnten Mondphasen verfälscht und ungenau fotografiert worden sein.
• Neumond ist schwer zu fotografieren, da man gegen das Licht fotografiert.
• Die fotografierten 8 Mondphasen sind nur Stichproben. Dazwischen wird der Mond natürlich auch beschienen und die von der Erde aus sichtbare Fläche entwickelt sich somit fließend von Vollmond zum Dreiviertelmond, vom Dreiviertelmond zum Halbmond, usw.
• Der Lauf des Mondes ist nicht exakt nachstellbar, da die Rotation der Erde und die Translation der Erde um die Sonne (unterschiedliche Winkel, in denen das Sonnenlicht auf Erde und Mond trifft) vernachlässigt werden. = Das Experiment dient nur als Modell, um Mondphasen allgemein zu verdeutlichen.
• Das Licht könnte nicht exakt parallel sein.

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Licht und Schatten im Weltall

Auch Himmelskörper befinden sich mal mehr und mal weniger im Schatten. In unserem Sonnensystem gibt es eine Lichtquelle – die Sonne. Auch wenn die Sonne riesig ist, so erscheint sie doch aufgrund der großen Entfernung wie eine recht kleine Lichtquelle.

Wir wissen bereits, dass der Mond keine Lichtquelle ist, also nicht von selbst leuchtet, sondern nur sichtbar ist, weil er von der Sonne angestrahlt wird. Doch der Mond ist nur selten vollständig zu sehen. Meist sehen wir nur einen kleinen Teil des Mondes. Offensichtlich ist ein Teil des Mondes meist im Schatten.

Die Mondphasen

Die unterschiedlichen Erscheinungen des Mondes bezeichnet man als Mondphasen . Mondphasen sind z.B. Vollmond , Halbmond oder Neumond . Sie entstehen aufgrund der unterschiedlichen Perspektive, aus der wir den Mond sehen.

Der Mond kann wie die Erde immer nur von einer Seite von der Sonne beschienen werden. Auf der beleuchteten Seite ist Tag, auf der unbeleuchteten Seite ist Nacht. Bei seiner Bewegung des Mondes um die Erde sehen wir immer unterschiedliche Teile des Mondes.

Schauen wir genau auf die Tagseite des Mondes, so sehen wir den Mond komplett – es ist Vollmond. Schauen wir auf die Nachtseite, so können wir den Mond nicht sehen – es ist Neumond. Bei allen anderen Mondphasen sehem wir einen Teil der beleuchteten Tagseite.

Der Mond bewegt sich innerhalb von 29,5 Tagen (also knapp einem Monat) einmal um die Erde herum. Deshalb wiederholen sich die Mondphasen alle 29,5 Tage.

Je nach Stellung des Mondes sieht man von der Erde aus einen größeren oder kleineren Teil der beleuchteten Seite des Mondes.

Genauere Informationen über die Bahn des Mondes findest Du auf der Seite von astronomie.info !

Wann sieht man welche Mondphase?

In der Skizze dreht sich der Mond links herum um die Erde. Nacheinander werden die Phasen 1 – 8 erreicht. Schaut man sich an, welchen Teil des Mondes man bei den jeweiligen Positionen sehen kann, ergeben sich folgende Mondphasen:

Position 1   Neumond    (man schaut auf die unbeleuchtete Hälfte des Mondes)

Position 2   Zunehmender Mond    (ein Teil der rechten Seite des Mondes ist sichtbar)

Position 3   (Zunehmender) Halbmond    (die rechte Hälfte des Mondes ist sichtbar)

Position 4   Zunehmender Mond    (etwa 3/4 des Mondes ist sichtbar, der linke Teil ist nicht sichtbar)

Position 5   Vollmond    (man schaut auf die beleuchtete Hälfte des Mondes)

Position 6   Abnehmender Mond    (das rechte Viertel ist nicht mehr sichtbar)

Position 7   (Abnehmender) Halbmond    (die linke Hälfte des Mondes ist sichtbar)

Position 8   Abnehmender Mond    (nur das Linke Viertel des Mondes ist sichtbar)

In der Skizze lässt sich außerdem erkennen, dass der Vollmond von der Tagseite der Erde nicht zu sehen ist, der Neumond ist von der Nachtseite der Erde nicht zu sehen.

Astronomie Einführung

Grundwissen

Das Wichtigste auf einen Blick

• Die Mondphasen entstehen dadurch, dass sich der Mond um die Erde dreht und je nach Position ein bestimmter Teil seiner Oberfläche Licht in Richtung der Erde reflektiert.
• Ein Mondphasenzyklus dauert in etwa 29,5 Tage und beinhaltet Neumond, zunehmenden Halbmond, Vollmond und abnehmenden Halbmond.

Sichtbarkeit des Mondes

Der Mond ist keine Lichtquelle, sondern ein nicht selbstleuchtender Gegenstand, also eine passive Lichtquelle. Dies bedeutet, der Mond reflektiert lediglich das Licht, das von der Sonne auf ihn fällt. Wenn man sich den Sichelmond genau ansieht, kann man oft auch die Seite des Monds erkennen, die nicht von der Sonne beschienen wird. Das nennt man das aschgraue Mondlicht. Dies kommt von der Erde, die ihrerseits das Sonnenlicht zum Mond reflektiert.

Bei welcher Konstellation von Sonne, Erde und Mond die verschiedenen Mondphasen auftreten, ist eindrücklich in der folgenden Grafik dargestellt.

Ablauf der Mondphasen im Zeitraffer

Die Animation in Abb. 2 zeigt den Ablauf der Mondphasen in einer Zeitrafferaufnahme. Bildquelle: Public Domain/User:Tomruen via Wikimedia Commons

Dabei dauert ein voller Mondphasenzyklus von einem Neumond bis zum nächsten im Mittel etwa 29,5 Tage. 

Wann kann man den Mond sehen?

Wann genau du den Mond sehen kannst, hängt auch von der Mondphase ab, in der sich der Mond gerade befindet. In Abb. 3 kannst du erkennen, zu welcher Uhrzeit du den Mond in entsprechenden Phasen etwa erkennen kannst. So kannst du den zunehmenden Halbmond von 12 bis 24 Uhr beobachten, den abnehmenden Halbmond hingegen von 24 Uhr bis 12 Uhr. Der Mond ist also keinesfalls nur nachts erkennbar.

Merkregel für ab- und zunehmendem Mond

Mit Abb. 4 kann man sich leicht merken, wann der Mond a b- oder z unehmend ist. Vergleiche auch mit den Aufnahmen der realen Mondphasen in Abb. 2 .

Achtung: Diese Merkregel gilt nur für die Nordhalbkugel! Auf der Südhalbkugel, also z.B. in Australien, verhält es sich genau umgekehrt.

3D-Simulation zur Entstehung der Mondphasen

Die folgende 3D-Simulation visualisiert die Bewegung des Mondes um die Erde. Aus frei wählbaren Perspektiven (Maustaste in der Simulation gedrückt halten und bewegen, Zoomen der Ansicht mit dem Mausrad) kannst du dabei die Bahn des Mondes um die Erde und die Entstehung der Mondphasen beobachten. Im Ansichtsmenü kannst du den Durchmesser des Mondes für eine bessere Sichtbarkeit vergrößern und auch die große Halbachse Erde-Mond verkleinern. Das Einblenden der Verbindungslinie Sonne-Erde verdeutlicht die der Ekliptik gegenüber zumeist geneigte Mondbahn. Auch kannst du mit ihrer Hilfe Himmelsereignisse wie Sonnen- oder Mondfinsternisse erforschen. Hierzu muss die Verbindungslinie Sonne-Erde auch den Mond treffen.

Hinweis: In der optischen Darstellung des Mondes sind die Mondfinsternisse nicht dargestellt, es erfolgt keine Verdunklung des Mondes.

Mit der Standard-Ansicht kannst du die Ansicht zurücksetzen, Kamera=Erde setzt die Kamera mit fester Blickrichtung auf die Erde (Ansicht rotiert nicht mit der Erdrotation) und Zentrieren richtet den Blick auf Erde oder Mond. Durch wählen des Punktes Mond verfolgen bleibt der Mond immer in der Bildmitte.

Unten rechts kannst du das gewünschte Beobachtungsdatum einstellen und mit Hilfe des Schiebereglers die Simulationsgeschwindigkeit steuern. Ein ein Rückwärtslaufen der Zeit ist dabei möglich.

Mit Hilfe der Simulation kannst du nicht nur die Mondphasen erkunden, sondern auch die Umlaufzeit des Mondes um die Erde ermitteln sowie die Form, Größe und Orientierung der Mondbahn bestimmen.

Mehr Infos und Bilder zum Mond

Weitere Informationen und Abbildungen rund um die Mondphasen findest Du hier:

• Wer daran interessiert ist, wann der Mond welche Phase hat, der kann dies in einem Mondphasenkalender, wie z.B. dem von Wikipedia nachschauen.
• Über die Seite des Scientific Visualization Studio der NASA kann man sich die durch ein Teleskop zu sehende Mondphase zu jedem Zeitpunkt erstellen lassen. Hierbei werden echte Aufnahmen vom Mond verwendet.
• Eine sehr ausführliche und aufwändig gemachte Seite über den Mond bietet der SWR-Sender .
• Die NASA hat eine spezielle Internetseite zum Mond erstellt, die grafisch ansprechend allerlei Informationen rund um den Mond anbietet.
• Auch viele Smartphone-Apps zeigen die aktuelle Mondphase mit echten Bildern vom Mond an.

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Dark Matter Alternative Passes Big Test

Researchers pursuing an unconventional view of cosmology that dispenses with dark matter have developed a model that can match observations of the cosmic microwave background (CMB), the leftover glow of the big bang [ 1 ]. This dark-matter-free model is an extension of the so-called MOND (modified Newtonian dynamics) theory, which assumes that the gravitational force on galaxy scales is different from the standard Newtonian force. Previous MOND-based models could not reproduce the CMB. The researchers say that their model can be further tested with observations of galaxy clusters and gravitational waves.

The MOND theory was devised more than 30 years ago as a way to explain galactic rotation data without invoking the existence of the mysterious dark matter [ 2 ]. MOND proponents offered an alternative mystery in which the gravitational force changes for accelerations smaller than a threshold of 10 − 1 0 m/s 2 . The idea did not spring from any underlying theory, but surprisingly, the same acceleration threshold works for nearly all galaxies—small and large, young and old.

The main reason that dark matter has been favored over MOND is that dark matter is consistent with a much larger range of astrophysical observations. For example, dark matter can explain galaxies’ bending of light from distant sources (gravitational lensing), whereas MOND in its initial form could not. Researchers have devised so-called relativistic MOND models that can fit the lensing observations [ 3 ], but until now, none of these revised versions of the theory were able to reproduce CMB data. “If the theory can’t do that, then it’s not worth considering further,” says Constantinos Skordis from the Czech Academy of Sciences in Prague.

Skordis and Czech Academy colleague Tom Złośnik have now created a MOND-inspired model that accounts for the CMB while also being consistent with gravitational lensing observations and gravitational-wave speed measurements. The model follows recent MOND efforts in postulating the existence of two fields that permeate all of space and together act like an extra gravitational force. One of these fields is a scalar field—similar to the Higgs field that is associated with the Higgs boson. The other is a vector field, which has a direction at each point in space, somewhat like a magnetic field.

Skordis and Złośnik set the model’s parameters so that, in the early Universe, the gravity-modifying fields generate a gravitational effect that mimics that of dark matter. Mimicking dark matter in this way ensures that the observed CMB patterns are reproduced. The fields evolve over cosmic time, and eventually the gravitational force follows the original MOND proposal.

Skordis says that the model is similar to other alternative gravity models that have been proposed to explain dark energy (see Viewpoint: Reining in Alternative Gravity ). All cosmological models add something (new particles or new fields) to explain observations, he says. He admits that—unlike dark matter models that are often based on fundamental symmetry principles—the new model was not conceived with an underlying theory in mind. However, such a theoretical basis might be uncovered using the new MOND model.

“It really is a huge breakthrough,” says cosmologist Stacy McGaugh from Case Western Reserve University in Ohio. “For years stretching into decades, people have largely ignored MOND because it seemed impossible to do what Skordis and Złośnik have now done.” But David Spergel, a cosmologist from the Flatiron Institute in New York, finds the new model “baroque.” He argues that relativistic MOND models only work by “effectively positing a complex form of dark matter.”

Cosmologist Katherine Freese from the University of Texas congratulates the researchers for their accomplishment. “It is a big deal to construct a relativistic version of MOND that is able to match all existing data, especially fitting CMB data along with the MOND phenomenology in galaxies,” she says. “However, the model has a lot of ingredients,” she says. “I myself would still vote for dark matter as a simpler explanation.”

McGaugh counters that dark matter models cannot explain everything, such as the Universe’s lithium abundance or the discrepancies between different types of measurements of the cosmic expansion rate. The new MOND model might be able to solve these problems, but Skordis says that it will take more time to work out the theoretical details. He says that the model can be checked in other ways, for example, by comparing its predictions with observations of galaxy clusters or by looking for signatures of the gravity-modifying fields in gravitational waves.

Tessa Baker, an expert in alternative gravity models from Queen Mary University of London says that if dark matter detectors continue to come up empty, “then we may see increased interest in this family of modified gravity models.”

–Michael Schirber

Michael Schirber is a Corresponding Editor for  Physics Magazine based in Lyon, France.

• C. Skordis and T. Złośnik, “New relativistic theory for modified Newtonian dynamics,” Phys. Rev. Lett. 127 , 161302 (2021) .
• M. Milgrom, “On the use of galaxy rotation curves to test the modified dynamics,” Astrophys. J. 333 , 689 (1988) .
• J. D. Bekenstein, “Relativistic gravitation theory for the modified Newtonian dynamics paradigm,” Phys. Rev. D 70 , 083509 (2004) .

More Information

Testing gravity in gas-rich galaxies

WIMP Alternatives Come Out of the Shadows

Dark Energy Solution for Hubble Tension

Lightweight Particles Might Explain Missing Lithium

Testing Gravity On Solar System Scales

New Relativistic Theory for Modified Newtonian Dynamics

Constantinos Skordis and Tom Złośnik

Phys. Rev. Lett. 127 , 161302 (2021)

Published October 15, 2021

Subject Areas

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Wie entstehen die Mondphasen?

Von Konstantin Bikos und Vigdis Hocken

Die Sonne leuchtet stets eine komplette Hälfte des Mondes aus – warum sehen wir an manchen Tagen eine Mondsichel, an anderen einen Vollmond? Und steht der Mond in Australien wirklich Kopf?

Die acht Mondphasen.

© timeanddate.com

Mondphasen in Ihrer Stadt

Eine Frage der Perspektive

Der Grund für die Mondphasen ist der Blickwinkel des Beobachters. Befindet man sich auf der Seite des Mondes, die gerade nicht von der Sonne beleuchtet wird, spricht man vom Neumond . Beim Vollmond sieht man die der Sonne zugewandte Mondhälfte, beim Sichelmond , Halbmond oder Dreiviertelmond schaut man sozusagen seitlich auf den Mond und kann den Übergang seiner Tag- und Nachtseite erkennen. Animation anschauen

Da sich der Mond im Bezug auf Erde und Sonne in ständiger Bewegung befindet, ändert sich auch unser Blickwinkel auf den Mond von Tag zu Tag – und damit die Mondphase.

Nur während einer Mondfinsternis leuchtet die Sonne die ihr zugewandte Mondhälfte nicht aus. Dann befindet sich die Erde zwischen Sonne und Mond und wirft ihren Halb- oder Kernschatten auf die Mondoberfläche.

Alle Mondfinsternisse 1900 – 2099

Steht der Mond in Australien Kopf?

Auf der Nordhalbkugel ist ein zunehmender Mond auf der rechten Seite beleuchtet, ein abnehmender Mond auf der linken Seite. Südlich des Äquators steht man gewissermaßen Kopf – und so erscheinen auch Mond und Mondphasen umgekehrt: der Mond “wächst” von links nach rechts. Der genaue Winkel hängt natürlich vom Breitengrad ab. In Äquatornähe ist die Grenze zwischen Licht- und Schattenseite des Halbmondes in etwa waagerecht.  Mehr interessante Mond-Fakten

Live-Animation der aktuellen Mondphase* in:

• Hammerfest, Norwegen (Nordhalbkugel)
• Quito, Ecuador (Äquator)
• Christchurch, Neuseeland (Südhalbkugel)

*Siehe Grafik im gelben Bereich oben links.

Was ist ein Supermond?

Was ist ein Mikromond?

Eselsbrücke: Wann nimmt der Mond zu?

Illustration by Tone Are Bishop © timeanddate.de

Auf der Nordhalbkugel der Erde hilft Ihnen diese Eselsbrücke: Ein abnehmender Mond formt eine Sichel, die aussieht wie der Anfang des kleinen Buchstabens a . Ein zunehmender Mond erinnert an den Buchstaben z (in der Schreibschrift).

Auf der Südhalbkugel allerdings ist es umgekehrt. Hier erinnert die Sichel des zunehmenden Mondes an den Buchstaben c, wie im lateinischen Wort crescere (wachsen). Oder einfacher: “Klammer auf, Klammer zu”. Klammer auf zeigt den wachsenden Mond, Klammer zu den abnehmenden Mond.

Mondrückseite vs. dunkle Seite des Mondes

Der Mondzyklus

Ein Mondzyklus ( Lunation ) ist die Zeitspanne von einem Neumond zum nächsten. Er beinhaltet folgende Mondphasen:

Zunehmender Sichelmond

Zunehmender halbmond (erstes viertel), zunehmender dreiviertelmond, abnehmender dreiviertelmond, abnehmender halbmond (letztes viertel), abnehmender sichelmond.

So machen Sie gute Fotos von jeder Mondphase

© timeanddate.de

In dieser Phase befindet sich der Mond in Konjunktion mit der Sonne, also zwischen Sonne und Erde. Da die Sonne während dieser Phase ausschließlich die der Erde abgewandte Mondhälfte anstrahlt, ist der Neumond von der Erde aus im Normalfall unsichtbar. In seltenen Fällen – wenn sich Sonne, Erde und Mond auf einer Linie befinden und der Mondschatten auf die Erde fällt – kommt es während dieser Mondphase zu einer Sonnenfinsternis . Befindet man sich im relativ kleinen Kernschatten des Mondes, erlebt man eine totale Sonnenfinsternis . Verdeckt der Mond nur einen Teil der Sonne, spricht man von einer partiellen Sonnenfinsternis .

Die Gezeiten werden in erster Linie durch die Anziehungskraft des Mondes und der Sonne ausgelöst. Bei Neumond kommt es zu einer besonders hohen Tide, der Springtide oder Springflut .

Mehr Infos: Neumond

Wenige Tage nach Neumond wird am Himmel ein sichelförmiger Mond sichtbar, das sogenannte Neulicht . Besonders in den ersten Tagen dieser Phase kann auf der Mondseite, die nicht direkt von der Sonne angestrahlt wird, der Erdschein sichtbar sein: Sonnenlicht wird von der Erde auf den Mond und wieder zurück zur Erde reflektiert. Bei klarem Wetter ist der dunkle Teil des Mondes so mit bloßem Auge als fahle Kugel erkennbar.

In manchen Kalendersystemen, darunter der islamische und der jüdische Kalender , beginnt mit dem Neulicht ein neuer Monat.

Mehr Infos: Zunehmender Sichelmond

Zunehmender Halbmond.

Nun leuchtet die Sonne genau eine Hälfte der uns zugewandten Mondseite aus: Auf der Nordhalbkugel ist die rechte Seite sichtbar, auf der Südhalbkugel die linke Seite. In der Nähe des Äquators ist beim Mondaufgang die obere Mondhälfte zu sehen, beim Monduntergang die untere Hälfte.

Mehr Infos: Zunehmender Halbmond

In den folgenden Tagen wächst der beleuchtete Anteil der sichtbaren Mondoberfläche, der Beleuchtungsgrad beträgt zwischen 50,1% und 99,9%. Der Mond erscheint dann annähernd eiförmig. In den letzten Tagen dieser Übergangsphase ist der Mond etwa 98-99% ausgeleuchtet. Dann kann man ihn mit bloßem Auge normalerweise nicht von einem Vollmond unterscheiden.

Mehr Infos: Zunehmender Dreiviertelmond

Wenn Sonne und Mond in Opposition zueinander stehen, spricht man vom Vollmond. In dieser Phase positionieren sich alle drei Himmelskörper wieder auf einer Linie – Sonne und Mond befinden sich jedoch auf entgegengesetzten Seiten der Erde. Die Sonne leuchtet jetzt die der Erde zugewandte Mondseite ganz aus, und der Mond steht die ganze Nacht am Himmel .

Kann tagsüber Vollmond sein?

Warum erscheint ein aufgehender Mond größer?

In seltenen Fällen, wenn der Erdschatten auf den Mond fällt, kommt es während dieser Mondphase zu einer Mondfinsternis .

Wie bei Neumond fällt der Unterschied zwischen Ebbe und Flut auch während der Vollmondphase besonders groß aus, es kommt zur Springtide oder Springflut .

Mehr Infos: Vollmond

In der Woche nach Vollmond verringert sich der Beleuchtungsgrad wieder. In den ersten Tagen ist der abnehmende Dreiviertelmond meist nicht vom einem Vollmond zu unterscheiden. Nach etwa zwei Tagen bekommt der ehemals runde Fast-Vollond eine gut sichtbare Delle, bis er zunächst einem etwas abgeflachten Ei ähnelt und später als bauchiger Halbmond am Himmel steht.

Mehr Infos: Abnehmender Dreiviertelmond

Abnehmender Halbmond.

Der abnehmende Halbmond gleicht im Prinzip dem zunehmenden Halbmond (erstes Viertel): Wieder ist genau die Hälfte der sichtbaren Mondoberfläche beleuchtet. Nun wird jedoch die andere Mondseite angestrahlt, da sich der Mond auf der gegenüberliegenden Seite der Erde befindet.

Mehr Infos: Abnehmender Halbmond

Vor der nächsten Neumondphase erscheint der Mond wieder sichelförmig und ist am besten kurz vor Sonnenuntergang zu sehen. Während dieser Phase kann man bei guten Bedingungen wieder den Erdschein beobachten.

Mehr Infos: Abnehmender Sichelmond

Planeten am Nachthimmel finden

Themen: Mond , Astronomie

Formulation

Which law – a phenomenological fix.

Newton’s law of attraction gives a force between two masses M and m

where r is the separation of the two masses. ( M will be referred to as the ‘source’ mass.. Generally, but not necessarily, M is bigger than m .) Notice (1) is symmetric in the way that M and m appear. Astrophysicists figured out that if this law were modified so that the force specifically on m went as

only when the force is sufficiently weak (far from the source mass M ), then it would correctly predict the observed velocity versus radius profiles seen in the spiral nebulae. In effect, this means that the new – MOND – force law is approximately

i.e. whichever is the greater of the two expressions (1) and (2). In general, the MOND type behavior – (2) – manifests at large r – far from the gravitating body of mass M . It is easy to show that the two expressions are equal when the force is equal to ma 0 , so this is the cross-over point. Forces smaller than this are called Newtonian, and forces strong than this are called ‘MONDian’.

Newton’s second law

At the outset Milgrom pointed out that the anomalous astrophysical observations could be accounted for by a change in Newton’s law of gravitation OR – more generally – a modification of Newton’s second law. The latter amounts to a change in the definition of inertia to make it acceleration dependent. At first pass, this would require something of the form

where the force here is external (eg due to gravitation OR electromagnetic charges for example). m is the novel function that would default to the value 1 when the acceleration is large compared to the MOND threshold a 0 = 10 -10 ms -2 . This would mean of course that the astrophysical observations would indicate a much broader and fundamental failure of accepted physics.

Actually, as it stands, (4) is not a suitable candidate for a replacement of Newton’s second law, since (it can be shown that) it implies that the kinetic energy of a moving particle is not a property of its state of motion, but depends instead on its history. That is, two particles with the same mass and speed can have different kinetic energies depending on the history of how they were accelerated to that speed. This is a very unsatisfactory state of affairs. The situation can be remedied by starting with an acceptable re-definition of kinetic energy that will still have the required MONDian properties proposed in (4)

The modified Newton’s second law can then be derived from

which gives the corrected form of (4)

There are two problems with this approach (modification of Newton’s second law). One is that the modification (7)gives a definition of force that depends on the velocity, and therefore does not respect Galilean invariance. A relativistically correct (Lorentz-invariant) form may be possible however, and this might be worth investigating. But the other problem is that Gundlach et al ( 2007 ) performed an extremely precise experiment to look for this kind of deviation from Newton’s second law, and found nothing. Newton’s second law, i.e. m = 1 in (4), appears to work down to tiny accelerations – much smaller than the MOND threshold a 0 = 10 -10 ms -2 . Consequently it is concluded that the Astrophysical anomalies must be due to a modification in the law of gravity.

Newton’s third law

One immediate problem with the rule (2) is that the roles of the large mass M and the small mass m are not the same. This can easily be shown to lead to a failure of Newton’s third law: the force of M on m is not the same as the force of m on M . This in turn leads to a failure of the law of conservation of momentum. This is quite unacceptable in modern physics; there are no known violations of that law. It can be shown to imply that all locations in space are not intrinsically the same (considered prior to the influence of force-producing bodies), and undermines the very notion of space as a neutral canvas. The failure of (2) in this regard was well known when it was first suggested by Milgrom. It was presumed that there should be a symmetric version – with equal roles for M and m – and that (2) worked OK in astrophysical situations in which it was being applied because M – the mass of the galaxy – is billions of times bigger than m – the mass of the star in the outer spiral arms. The presumption was that (2) is an approximate version (of a more general law) valid only when M >> m .

Since in the laboratory experiment at Austin we certainly could not arrange for one mass to be billions of times bigger than the other, it was necessary for us to figure out what the MOND law should look like in the more general – symmetric – case before we could properly design the experiment. Initially we settled for a formula along the lines of

Clearly this is symmetric in M and m , but becomes (2) when M >> m , as required. Hence Newton’s third law and momentum conservation are preserved.

More recently we have returned to papers by Milgrom and Bekenstein ( 1984 ) and Bekenstein ( 2007 ) where arguments are given for a particular form of the (correct) symmetrized force that are sufficiently powerful that they do not allow for much leeway. Needless to say, their form, like (8), preserves Newton’s third law and momentum conservation. Those formulations have consequences for other issues arising in our experiment discussed below.

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