Wenn man den Mond an mehreren Abenden betrachtet, scheinen seine vertrauten Strukturen an ihrem Platz zu bleiben. Dieselben großen dunklen Ebenen auf dem Mond sind der Erde zugewandt, sodass es wirken kann, als würde sich der Mond nicht drehen. Doch das tut er: Der Mond dreht sich einmal um seine Achse, während er die Erde einmal umkreist. Diese Synchronisierung, die Gezeitenbindung genannt wird, ist der Grund dafür, dass wir nahezu immer dieselbe Hemisphäre sehen, statt der Reihe nach alle Seiten.
Die gegenüberliegende Hemisphäre wird oft als Rückseite bezeichnet. Sie ist nicht dauerhaft dunkel. Im Verlauf des Mondzyklus erreicht Sonnenlicht zu unterschiedlichen Zeiten den größten Teil der Mondoberfläche, auch wenn einige tiefe Krater in Polnähe dauerhaft im Schatten liegen. Die Geometrie der Mondbahn, seine Rotation und ein leichtes scheinbares Taumeln helfen zu erklären, was wir sehen können.
Eine Rotation pro Umlauf
Der Mond benötigt 27.32166 Tage für eine Rotation relativ zu den weit entfernten Sternen und 27.32166 Tage für einen Umlauf um die Erde. Da diese Zeitspannen übereinstimmen, bleibt stets ungefähr dieselbe Seite unserem Planeten zugewandt. Würde sich der Mond überhaupt nicht drehen, würden durch seine sich auf der Umlaufbahn verändernde Position nach und nach andere Längengrade sichtbar. Stattdessen dreht er sich gleichmäßig, während er weiterzieht, und hält so mit seiner Umlaufbahn Schritt.
Ein vertrauter Vergleich ist, um eine Person herumzugehen und dabei das Gesicht stets zu ihr gewandt zu halten. Während des Rundgangs muss man sich einmal um die eigene Achse drehen, obwohl die Person, die einen ansieht, die ganze Zeit dieselbe Seite des Kopfes sieht. Die Drehung des Mondes fällt weniger auf, weil es auf der Erde keine Landmarke gibt, anhand derer man sie von einer Nacht zur nächsten leicht erkennen könnte.
Die Rotationsperiode von 27.32166 Tagen entspricht nicht dem Zeitraum zwischen zwei Vollmonden. Dieser Phasenzyklus dauert 29.53059 Tage, weil sich das Erde-Mond-System während des Erdumlaufs des Mondes auch um die Sonne bewegt. Nach einem vollständigen Umlauf muss der Mond noch ein kleines Stück weiterwandern, um wieder dieselbe Stellung zu Sonne und Erde einzunehmen. Der Überblick zu den Mondphasen erklärt, wie die sich verändernden Winkel zwischen Sonne, Erde und Mond die Phasen hervorrufen, die wir sehen.
Wie Gezeitenkräfte den Mond synchronisierten
Die Gezeitenbindung ist das Ergebnis der langfristigen Wirkung der Schwerkraft auf einen rotierenden Körper. Die Schwerkraft der Erde zieht stärker an der erdnahem Seite des Mondes als an seiner abgewandten Seite. Dieser Unterschied verformt den Mond leicht und erzeugt eine Gezeitenverformung. Als Rotation und Umlaufbahn des Mondes noch nicht synchronisiert waren, war die Verformung nicht genau auf die Verbindungslinie zwischen Erde und Mond ausgerichtet. Das daraus entstehende Gravitationsdrehmoment veränderte die Rotation des Mondes, während innere Reibung Rotationsenergie abbaute.
Im Laufe der Zeit verlangsamten diese Effekte die Rotation des Mondes, bis eine Drehung genauso lange dauerte wie ein Umlauf. In diesem synchronisierten Zustand bleibt die Gezeitenverformung nahezu auf die Erde ausgerichtet, sodass das wiederkehrende Drehmoment, das die Rotation veränderte, deutlich kleiner wird. Die Gezeitenbindung ist keine besondere Kraft, die eine Seite festhält, sondern ein stabiler Zustand, der aus Rotation, Schwerkraft und Energieverlust entsteht.
Gezeiteneffekte spielen auch heute noch im Erde-Mond-System eine Rolle. Der Mond entfernt sich mit etwa 3.8 cm pro Jahr von der Erde. Das ist eine Folge von Gezeitenwechselwirkungen, durch die Drehimpuls im System übertragen wird. Diese Bewegung lässt sich nicht anhand einer einzelnen Beobachtung erkennen, doch sie steht mit der gebundenen Rotation des Mondes und einem fortdauernden Austausch zwischen Umlauf und Drehung in Verbindung.
Die Rückseite ist keine dunkle Seite
Die Rückseite ist einfach die Hemisphäre, die von der Erde abgewandt ist. Während der Mond unseren Planeten umkreist, erhält sie ebenso Sonnenlicht wie die Vorderseite. Bei Vollmond ist die Vorderseite beleuchtet, während die Rückseite größtenteils von der Sonne abgewandt ist; bei Neumond ist die Rückseite beleuchtet, während die Vorderseite größtenteils im Dunkeln liegt. Im Verlauf der Mondphasen kehrt sich dieser Zyklus um.
Dabei ist eine wichtige Einschränkung zu beachten: Nicht jeder Ort auf dem Mond wechselt zwischen Sonnenlicht und Dunkelheit. In Polnähe steht die Sonne tief über dem Horizont. Manche tiefen Kraterböden sind durch ihre Kraterränder so gut abgeschirmt, dass niemals Sonnenlicht auf sie fällt. Dort gibt es dauerhaft beschattete Regionen. Diese besonderen Orte sind eine Folge des örtlichen Geländes und des niedrigen Sonnenstands, nicht ihrer Lage auf der Rückseite.
Der Ausdruck „dunkle Seite des Mondes“ kann deshalb irreführend sein. Er wird zwar umgangssprachlich manchmal für die Rückseite verwendet, bezeichnet aber keine Hemisphäre, die niemals Sonnenlicht erhält. Im Mondphasenkalender für jeden Monat kannst du nachsehen, wie sich die Daten und Uhrzeiten der Mondphasen im Laufe des Zyklus verändern.
Ein leichtes Taumeln macht mehr von der Oberfläche sichtbar
Im Laufe der Zeit sieht man von der Erde aus nicht genau die Hälfte des Mondes. Die Mondbahn ist leicht elliptisch, sodass sich seine Umlaufgeschwindigkeit ändert: In Erdnähe bewegt er sich schneller und in größerer Entfernung langsamer. Seine Rotationsgeschwindigkeit bleibt nahezu konstant. Durch die veränderliche Umlaufgeschwindigkeit scheint der Mond daher leicht hin und her zu schaukeln. Diese scheinbare Bewegung wird Libration in Länge genannt.
Die Libration in Breite hat eine andere Ursache. Die Rotationsachse des Mondes ist um 1.54 Grad gegen die Ekliptik geneigt, und seine Umlaufbahn ist um 5.14 Grad gegen die Ekliptik geneigt. Zusammengenommen ermöglichen diese Winkel Beobachtern, zu verschiedenen Zeitpunkten des Umlaufs etwas weiter über den nördlichen oder südlichen Mondpol hinauszusehen. Auch die Entfernung des Mondes und der Standort des Beobachters auf der Erde beeinflussen den Anblick geringfügig.
Die Libration macht nicht die gesamte Rückseite auf einmal sichtbar. Sie ermöglicht es Beobachtern, im Laufe der Zeit um den scheinbaren Rand herumzuschauen. Insgesamt sind irgendwann etwa 59 Prozent der Mondoberfläche von der Erde aus sichtbar, obwohl zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht mehr als ungefähr die Hälfte zu sehen ist. Durch dieses langsame Sichtbarwerden reichen detaillierte Karten der Mondoberfläche über die Seite hinaus, die bei einem gewöhnlichen Anblick in der Mitte zu liegen scheint.
Worauf man von der Erde aus achten kann
Eine gute Möglichkeit, diesen Effekt zu beobachten, ist, an verschiedenen Tagen ein markantes Oberflächenmerkmal nahe dem Mondrand zu vergleichen. Durch die Libration verschiebt sich der scheinbare Rand, sodass ein Krater oder eine dunkle Ebene am Rand an einem Tag stärker hervortreten kann als an einem anderen. Ohne Teleskop oder Fernglas ist die Veränderung subtil, und auch die wechselnde Ausrichtung des Mondes am Himmel kann Vergleiche erschweren. Merke dir dasselbe Merkmal und vergleiche Ansichten, die bei ähnlichen Mondphasen aufgenommen wurden.
Der Anblick hängt nicht nur davon ab, wann man hinschaut, sondern auch davon, wo man sich auf der Erde befindet. Ein Mond-Dashboard für eine Stadt zeigt die lokale Mondphase und den Beleuchtungsgrad, Mondaufgang und Monduntergang, Höhe und Azimut, Entfernung sowie die Sichtbedingungen am Himmel samt lokalem Wetter. Der Ratgeber zur besten Zeit für die Mondbeobachtung erläutert, wie sich Mondphase und örtliche Bedingungen darauf auswirken, wann der Mond über dem Horizont steht. Die synchronisierte Rotation des Mondes erklärt, warum uns seine vertraute Seite stets zugewandt ist; die Libration lässt geduldige Beobachter immer wieder einen anderen Ausschnitt knapp jenseits davon erspähen.