11.2 Schatten

Wenn du das Bild 11.10 betrachtest, fällt dir vermutlich zuerst die Karawane oder die Sanddünen auf.

Wüstenkarawane

Bild 11.10: Wüstenkarawane

Der wahre Star dieses Kapitels ist so selbstverständlich, dass die meisten ihn gar nicht wahrnehmen: der Schatten. Schatten sind für viele Phänomene im Alltag verantwortlich, deshalb lohnt es sich mit ihnen näher zu beschäftigen.

11.2.1 Arten von Schatten

Der unbeleuchtete Raum hinter einem beleuchteten Körper wird Schattenraum (engl. shadow zone) genannt (interaktives Bild 11.11).

Schattenraum bei zwei punktförmigen Lichtquellen

Bild 11.11: Schattenraum bei zwei punktförmigen Lichtquellen

Bei einer ausgedehnten Lichtquelle oder bei mehreren punktförmigen Lichtquellen kannst du unterschiedlich dunkle Schattenbereiche unterscheiden. Der Bereich, den kein Licht erreicht, wird Kernschatten genannt. Befindest du dich im Kernschatten, kannst du keine Lichtquelle sehen. Bereiche, die teilweise ausgeleuchtet sind, werden als Halb- oder Übergangsschatten bezeichnet.

11.2.2 Schatten im Sonnensystem

Die wichtigste Lichtquelle für uns Menschen ist die Sonne. Durch die Bewegung von Erde und Mond kommt es zu verschiedenen Schatten-Erscheinungen (interaktives Bild 11.12; falsche Längenverhältnisse).

Bewegung von Erde und Mond relativ zur Sonne

Bild 11.12: Bewegung von Erde und Mond relativ zur Sonne

Wir erleben diese Schatten als

  • Tage und Nächte
  • Mondphasen
  • Sonnenfinsternisse
  • Mondfinsternisse

11.2.3 Tag, Nacht und die Jahreszeiten

Durch die Erdrotation entstehen Tag und Nacht. In rund 24 Stunden wenden wir uns der Sonne einmal zu (Tag) und wieder ab (Nacht). Während der Nacht befinden wir uns im Erdschatten.

Dadurch dass die Erdachse zur Ekliptik geneigt steht, kommt es zu weiteren Effekten. Die Tageslänge ändert sich im Jahresrhythmus. Die Extreme sind:

Durch die unterschiedlichen Tageslängen und die unterschiedlichen Einstrahlwinkel der Sonne entstehen die Jahreszeiten. Die Entfernung zur Sonne spielt dabei keine Rolle. Im Gegenteil: In unserem Winter erreicht die Erde sogar ihren sonnennächsten Punkt (Aphel) ihrer Bahn.

nördlicher (oben) und südlicher Polarkreis (unten)

Bild 11.13: nördlicher (oben) und südlicher Polarkreis (unten)

Besonders extrem sind die Bedingungen jenseits des Polarkreises (Bild 11.13): In diesen polnahen Regionen gibt es Tage, an denen sich die Sonne 24 Stunden lang über dem Horizont befindet (Mitternachtssonne, Bild 11.14) und ein halbes Jahr später Tage, an denen die Sonne 24 Stunden lang nicht über den Horizont steigt (Polarnacht).

Mitternachtssonne

Bild 11.14: Mitternachtssonne

Links:

11.2.4 Mondphasen

Im Bild 11.15 kannst du erkennen, wie die Mondphasen entstehen. Vollmond kannst du daher nur bei Nacht beobachten, weil du von der sonnenabgewandten Seite den Mond betrachten musst. Umgekehrt kannst du Neumond nur bei Tag bewundern, weil du auf der sonnenzugewandten Seite auf den Mond sehen musst.

Mondphasen im Überblick

Bild 11.15: Mondphasen im Überblick

In der Animation 11.16 siehst du alle Mondphasen im Zeitraffer. Dabei wurde der Mond jeden Tag fotografiert und das 27 Tage hintereinander – so lange benötigt der Mond um einmal die Erde zu umrunden.

Mondphasen im Zeitraffer

Bild 11.16: Mondphasen im Zeitraffer

Ist dir bei der Animation 11.16 etwas aufgefallen? Der Mond wackelt zwar während eines Zyklus ein wenig hin und her, im wesentlichen sehen wir aber immer dieselbe Seite des Mondes. Das ist kein Zufall: Durch die Gezeitenreibung haben sich Eigendrehung und Umlaufperiode des Mondes synchronisiert (Gebundene Rotation). Erst durch Raumsonden, die den Himmelskörper umrundeten, erhielten wir erste Bilder von der Mondrückseite.

Links:

11.2.5 Sonnenfinsternis

Trifft der Kernschatten des Mondes auf die Erde erleben wir eine Sonnenfinsternis (engl. solar eclipse) (Bild 11.17).

Stellung Sonnenfinsternis

Bild 11.17: Stellung Sonnenfinsternis

Da die Bahnebenen von Erde und Mond zueinander geneigt sind, kommt es nicht jedes Monat zu einer Sonnenfinsternis. Außerdem siehst du in Bild 11.18 wie klein der Kernschatten des Mondes auf der Erde ist.

Sonnenfinsternis 1999 aus dem Weltall

Bild 11.18: Sonnenfinsternis 1999 aus dem Weltall

Eine totale Sonnenfinsternis ist also eine relativ seltene Erscheinung. Die nächste Sonnenfinsternis in Europa findet am 12. August 2026 statt.

11.2.6 Mondfinsternis

Durchwandert der Mond den Kernschatten der Erde erleben wir eine Mondfinsternis (engl. lunar eclipse) (Bild 11.19)

Stellung Sonnenfinsternis

Bild 11.19: Stellung Sonnenfinsternis

Da die Bahnebenen von Erde und Mond zueinander geneigt sind, kommt es nicht jedes Monat zu einer Mondfinsternis. Der Kernschatten der Erde ist größer als der des Mondes, dadurch kommt es häufiger zu Mond- als zu Sonnenfinsternissen. Wann und wo du die nächste Mondfinsternis beobachten kannst, findest du in der Wikipedia.

Mondfinsternis vom 28. August 2007 (Fotomontage)

Bild 11.20: Mondfinsternis vom 28. August 2007 (Fotomontage)

Interessanterweise wird der Mond selbst bei einer totalen Mondfinsternis nicht ganz schwarz, sondern schimmert rötlich (Bild 11.20). Selbst im Kernschatten der Erde wird ein wenig Sonnenlicht durch die Erdatmosphäre gestreut und trifft den Mond.