Zu einer Sonnen- bzw. Mondfinsternis kommt es immer dann, wenn Sonne, Erde und Mond auf einer Linie liegen.
Sonnenfinsternis
Bei einer Sonnenfinsternis verdeckt der Mond die Sonne, der Mondschatten fällt punktuell auf die Erde. Von den Bereichen auf der Erde aus, auf die der sogenannte Kernsschatten fällt, ist die Sonnenfinsternis total sichtbar. Von den Bereichen, die im Halbschatten liegen aus ist sie partiell zu erleben.
Ob die Finsternis dann ringförmig oder total ausfällt, hängt vom Abstand des Mondes zur Erde ab. Die Mondbahn um die Erde bildet eine Ellipse, der Abstand schwankt zwischen 356.400 km und 406.740 km. Bei Erdferne („Apogäum“) ist der Mondschatten von der Erde aus gesehen zu klein um die ganze sichtbare Sonnen zu bedecken. Dann ist die Sonne noch als Ring zu sehen.
Mondfinsternis
Bei einer Mondfinsternis liegt die Erde auf der Linie Sonne – Mond und der Schatten der Erde fällt auf den Mond. Auch hier gibt es einen Kern- und einen Halbschattenbereich. Je nach dem wie genau Sonne – Erde und Mond auf einer Linie liegen, trifft der Erdschatten den Mond ganz, partiell oder nur im Halbschatten. Man spricht somit von totaler, partieller oder Halbschattenfinsternis. Eine Mondfinsternis ist von der gesamten, mondzugewandten Seite der Erde aus gleich zu sehen.
Warum „färbt“ sich bei einer Mondfinsternis die Mondoberfläche rot?
Auch im Kernschatten der Erde wird der Mond noch von langwelligen roten Lichtanteilen erreicht und bleibt schwach sichtbar. Das durch die Luftschichten der Erdatmosphäre fallende Sonnenlicht wird leicht nach innen gebrochen, wobei vor allem die kurzwelligen blauen Anteile durch Streuung geschwächt werden, die „übrigen“, weniger gestreuten roten Anteile treffen die Mondoberfläche. Hätte die Erde keine Atmosphäre, könnte man den Mond im Kernschatten der Erde nicht sehen.
Verlauf einer partiellen Sonnenfinsternis
Dieses Video zeigt den Verlauf der partiellen Sonnenfinsternis vom 20.03.2015 von München aus gesehen. Zur Erzeugung des Films wurden 862 Einzelaufnahmen durch ein sogenanntes H-alpha-Sonneteleskop gemacht. Ein H-alpha-Sonnenteleskop ist mit einem Interferenzfilter ausgestattet und lässt nur den Teil des sichtbaren Lichtes durch, der der Wellenlänge des ionisierten Wasserstoffs entspricht: 656,28 Nanometer. Damit werden Oberflächenstrukturen und Protuberanzen auf der Sonne sichtbar.
Die folgenden beiden Videos zeigen Verläufe von totalen Mondfinsternissen (2015 / 2018)
Weitere Erläuterungen
Dass es nicht bei jedem Umlauf des Mondes um die Erde zu einer Finsternis kommt, liegt in der Schrägstellung der Mondbahn um die Erde begründet. Normalerweise läuft der Mond über oder unter der Sonne hinweg, bzw. läuft hinterhalb der Erde oberhalb oder unterhalb des Erdschattens entlang.
Da nun auch die schräg liegende Mondbahn „taumelt“ kommt es von Zeit zu Zeit vor, dass genau bei Neumond, bzw. bei Vollmond eben die drei Himmelskörper Sonne – Erde – Mond auf einer Linie liegen und Finsternisse auf der Erde sichtbar sind.
Die Animation unten zeigt das „Taumeln“ der Mondbahnebene. Eine „Taumelumdrehung“ dauert ca. 18,6 Jahre.