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Mondlandung geprüft
01 · Modelle

Wie die Sonne den Mond beleuchtet

Die Sonne beleuchtet immer eine Hälfte des Mondes. Was wir als Phase sehen, ist nur der Blickwinkel auf diese helle Hälfte. Im Modell kannst du das selbst drehen, anhalten und von der Erde oder vom Mond aus betrachten.

Mondphasen-Zyklus29,53 Tage
Umlauf und Drehung27,32 Tage
Mittlere Entfernung384 400 km
01 · Das Modell

Sonne, Erde und Mond in 3D

Das Sonnenlicht kommt von links und ist parallel, weil die Sonne 390-mal weiter entfernt ist als der Mond. Ziehe mit Maus oder Finger, um die Ansicht zu drehen. Das rote Fadenkreuz markiert die Landestelle von Apollo 11 – achte darauf, dass es immer zur Erde zeigt.

Sonnenlicht von links
Tag 3,5 nach Neumond Phase: zunehmende Sichel von der Erde aus beleuchtet: 12 %

Probiere „Blick von der Erde“: Du siehst genau die Mondphase, die sich aus der Stellung ergibt. „Blick vom Mond“ zeigt die Erde – sie hat die Gegenphase: Bei Neumond sehen die Astronauten eine „Vollerde“. Schaltest du die gebundene Drehung aus, wandert das Fadenkreuz auf die Rückseite.

Merksatz

Halb hell, immer

Die Sonne beleuchtet stets genau eine Hälfte des Mondes – wie bei jeder Kugel. Bei Neumond ist die helle Hälfte von uns abgewandt, bei Vollmond sehen wir sie ganz.

Häufiger Irrtum

Kein Erdschatten

Die Phasen entstehen nicht durch den Schatten der Erde. Der fällt nur bei einer Mondfinsternis auf den Mond – und das geht nur bei Vollmond.

Warum nicht jeden Monat?

5° Neigung

Die Mondbahn ist um 5,1° gegen die Erdbahn geneigt. Deshalb läuft der Mond meist ober- oder unterhalb des Erdschattens vorbei – Finsternisse gibt es nur, wenn er dabei eine Knotenlinie kreuzt.

Warum 29,53 und nicht 27,32 Tage? Vertiefung

Einmal um die Erde, gemessen gegenüber den Sternen, braucht der Mond 27,32 Tage (siderischer Monat). In dieser Zeit ist die Erde aber ein Stück um die Sonne weitergewandert – etwa 27°. Der Mond muss diesen Winkel aufholen, bis Sonne, Erde und Mond wieder gleich stehen. Das dauert gut zwei Tage länger: 29,53 Tage (synodischer Monat). Die Phasen richten sich nach dem synodischen Monat.

1/T_syn = 1/T_sid − 1/T_Jahr 1/T_syn = 1/27,3217 − 1/365,2564 → T_syn = 29,53 Tage

Im Modell steht die Sonne fest links; das Modell zeigt also die Bewegung relativ zur Linie Sonne–Erde. Ein Durchlauf des Reglers entspricht deshalb dem synodischen Monat.

Was im Modell vereinfacht ist Vertiefung

Mond und Erde sind im Normalmodus größer dargestellt und näher beieinander, sonst wären sie winzige Punkte. Mit „echter Abstand“ stimmt das Verhältnis: Der Mond ist 60,3 Erdradien entfernt und hat 27 % des Erddurchmessers. Die Sonne ist nicht maßstäblich – sie wäre 109-mal so groß wie die Erde und 150 Millionen km entfernt. Die Bahnneigung von 5,1° und die leichte Exzentrizität der Bahn (0,055) sind weggelassen; die Erdachse ist mit 23,4° geneigt.


02 · Je nach Standort

Derselbe Mond, überall anders gedreht

Alle Menschen sehen zur selben Zeit dieselbe Phase. Aber je nach Breitengrad liegt die Sichel anders: In Mitteleuropa steht sie schräg rechts, am Äquator liegt sie wie eine Schale („Mondschiffchen“), in Australien ist sie links hell. Die helle Seite zeigt immer zur Sonne unter dem Horizont. Der Regler im 3D-Modell steuert auch diese Ansicht.

Nordhalbkugel · 48° Nord
z. B. Wien, Linz
Äquator · 0°
z. B. Quito, Nairobi
Südhalbkugel · 48° Süd
z. B. Neuseeland, Patagonien
Zeitpunkt: abendsgelber Pfeil: Richtung zur Sonne unter dem Horizont
Warum die Sichel kippt Vertiefung

Sonne und Mond laufen beide ungefähr auf der Ekliptik über den Himmel. Wie steil diese Linie am Horizont steht, hängt vom Breitengrad ab: am Äquator fast senkrecht, in hohen Breiten flach. Die helle Seite des Mondes zeigt entlang dieser Linie zur Sonne. Steht die Linie senkrecht, liegt die Sonne direkt „unter“ dem Mond – die Sichel liegt waagrecht wie eine Schale. Die Darstellung nutzt die Näherung „Neigung = 90° minus Breite“; je nach Jahreszeit schwankt sie um bis zu ±23,4°, dazu kommen ±5° durch die Bahnneigung des Mondes.

Die Merkregel „zunehmend = rechts hell, wie beim z“ gilt nur auf der Nordhalbkugel. Auf der Südhalbkugel ist es umgekehrt, weil man dort beim Blick zum Mond nach Norden schaut und Ost und West vertauscht sind.


03 · Gebundene Drehung

Warum wir immer dieselbe Seite sehen

Der Mond dreht sich sehr wohl – genau einmal pro Umlauf. Deshalb zeigt er der Erde stets dieselbe Seite. Würde er sich gar nicht drehen, sähen wir im Lauf eines Monats alle Seiten.

So ist es: Drehung = Umlauf Gedankenexperiment: keine Drehung
Sonne links · rotes Kreuz = Landestelle Apollo 11
Ursache

Gezeitenbremse

Die Erde zieht an der ihr zugewandten Seite des Mondes etwas stärker als an der abgewandten. Dadurch ist der Mond leicht in Richtung Erde gestreckt. Früher drehte er sich schneller; die Gezeitenkräfte bremsten ihn ab, bis die Drehung zum Umlauf passte. Fast alle großen Monde im Sonnensystem sind so gebunden.

Kleine Ausnahme

59 % statt 50 %

Weil die Bahn leicht elliptisch und geneigt ist, „wackelt“ der Mond aus unserer Sicht etwas (Libration). Über die Zeit sehen wir so 59 % seiner Oberfläche. Die Rückseite ist übrigens nicht dunkel: Bei Neumond ist sie voll beleuchtet.


04 · Die Bahn

Fester Kreis oder Spirale?

Von der Erde aus gesehen läuft der Mond auf einer fast kreisrunden Ellipse: 356 400 km im erdnächsten, 406 700 km im erdfernsten Punkt. Von der Sonne aus gesehen sieht seine Bahn ganz anders aus – aber nicht wie eine Spirale mit Schleifen, sondern wie eine leicht gewellte Linie, die immer zur Sonne gekrümmt ist. Mit dem Regler kannst du den Abstand Erde–Mond künstlich vergrößern und sehen, ab wann Schleifen entstünden.

– Erde
– Mond
Bahn zur Sonne gekrümmt: jaSchleifen: nein

Bei 1× (echter Maßstab) sind die beiden Linien praktisch deckungsgleich: Der Mond ist nur 0,26 % so weit von der Erde entfernt wie die Erde von der Sonne. Ab etwa 2,2-facher Übertreibung krümmt sich die Mondbahn stellenweise von der Sonne weg, ab etwa 29-fach entstünden Schleifen.

2,2×So stark zieht die Sonne am Mond im Vergleich zur Erde. Darum bleibt seine Bahn stets zur Sonne gekrümmt.5,9 mm/s² gegen 2,7 mm/s²
3,8cm/JahrSo schnell entfernt sich der Mond von der Erde – gemessen mit Laserpulsen an den Apollo-Reflektoren. Im strengen Sinn eine sehr flache Spirale nach außen.Lunar Laser Ranging, siehe Seite Laser-Reflektoren
0,055Exzentrizität der Mondbahn: Sie weicht nur wenig von einem Kreis ab. Die Störungen durch die Sonne verändern die Ellipse laufend leicht.mittlere Werte
Rechnung: Wann wäre die Mondbahn nicht mehr zur Sonne gekrümmt? Vertiefung

Die Bahn bleibt zur Sonne gekrümmt, solange die Sonne den Mond stärker anzieht als die Erde. Am Ort des Mondes beträgt die Beschleunigung durch die Sonne G·M☉/r² ≈ 5,9 mm/s², durch die Erde G·M⊕/d² ≈ 2,7 mm/s². Die Sonne gewinnt mit dem Faktor 2,2. Schleifen entstünden im gezeigten Modell erst, wenn die Bewegung des Mondes relativ zur Erde schneller würde als die Erdbahnbewegung um die Sonne. Tatsächlich sind es etwa 1,02 km/s gegenüber 29,8 km/s. Der Regler vergrößert den Abstand bei gleichbleibender Umlaufdauer: Dadurch steigt die modellierte Relativgeschwindigkeit proportional, und ab etwa 29-facher Vergrößerung entstehen Schleifen. Das ist eine geometrische Übertreibung, keine physikalisch mögliche Mondbahn bei diesem Abstand; bei einer realen größeren Umlaufbahn würde die Umlaufdauer mitwachsen.

a_Sonne = 1,327·10²⁰ / (1,496·10¹¹)² ≈ 5,93·10⁻³ m/s² a_Erde = 3,986·10¹⁴ / (3,844·10⁸)² ≈ 2,70·10⁻³ m/s²

05 · Licht für die Astronauten

Hatten die Astronauten immer Licht?

Ja. Ein Tag auf dem Mond dauert an einem festen Ort rund 14,8 Erdtage, die Nacht ebenso lang. Alle sechs Landungen fanden am frühen Mondmorgen statt, wenige Stunden bis knapp einen Tag nach Sonnenaufgang am Landeplatz. Die längste Mission, Apollo 17, blieb 75 Stunden – das ist nur gut ein Fünftel des Mondtages. Kein Astronaut hat je einen Sonnenuntergang auf dem Mond erlebt.

Der Grund für den frühen Zeitpunkt: Bei tiefer Sonne (5° bis 15° über dem Horizont) werfen Steine und Krater lange Schatten. Die Piloten konnten so beim Anflug die Geländeform erkennen. Bei hoch stehender Sonne wirkt der Mondboden flach und konturlos.

Landestellen, Sonnenstand und Zeitbalken aller sechs Landungen →

Berechnet mit JPL-Ephemeriden

Sonnenhöhe beim Aufsetzen

MissionSonnenach Aufgang
Apollo 1110,7°21,0 h
Apollo 125,2°10,2 h
Apollo 1410,3°20,5 h
Apollo 1512,0°26,4 h
Apollo 1614,8°29,4 h
Apollo 1713,3°28,1 h

Eigene Rechnung: JPL-Ephemeride DE421, Landekoordinaten aus LRO-Vermessung, mathematischer Horizont.


Quellen Nachweise
  1. NASA Science, Moon Fact Sheet (Entfernung, Exzentrizität, Bahnneigung, Monatslängen), https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/moonfact.html
  2. NASA Science, Moon Phases und Tidal Locking, https://science.nasa.gov/moon/moon-phases/
  3. J. G. Williams, D. H. Boggs: Secular tidal changes in lunar orbit and Earth rotation, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 126, 2016 (3,8 cm/Jahr), https://doi.org/10.1007/s10569-016-9702-3
  4. NASA SVS, CGI Moon Kit (Mondtextur), https://svs.gsfc.nasa.gov/4720/
  5. NASA Visible Earth, Blue Marble (Erdtextur), über Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Whole_world_-_land_and_oceans_12000.jpg
  6. Jean Meeus: Astronomical Algorithms, 2. Auflage, Willmann-Bell 1998 (Mondphase, synodischer Monat)