Die Libration des Mondes

von Karl-Heinz Bücke, September 2001

Infolge der gebundenen Rotation schaut der Mond immer mit seinem "Gesicht" auf die Erde und verändert das Aussehen nur durch die wechselnde Beleuchtung, den Mondphasen. Wir sehen also durch gleiche Periode von Umlauf und Rotation immer nur eine Seite seiner Oberfläche. Die Rückseite kennen wir erst seit den Aufnahmen der sowjetischen Mondsonde Lunik 3 im Oktober 1959. Der Übergang zwischen sichtbarer und unsichtbarer Seite ist aber fließend, wie wir in den folgenden Betrachtungen sehen werden und bietet interessante Beobachtungsmöglichkeiten.

Damit wir immer nur genau eine Seite des Mondes sehen würden, müßten folgende Bedingungen erfüllt sein: Der Mond umkreist die Erde in einer Kreisbahn, die in der Ebene der Ekliptik liegt und die Rotationsachse des Mondes steht senkrecht auf der Ekliptik. Damit haben wir die geozentrischen Bedingungen beschrieben. Aber auch der Blickwinkel des Beobachters, der auf der Erdoberfläche steht und sich an der Erdrotation beteiligt, ist veränderlich.

Eine Vielzahl von Faktoren bewirkt eine Variation der Blickrichtung auf den Mond um einige Grade, so daß wir nicht 50 %, sondern während eines größeren Zeitraumes bis zu 59 % seiner Oberfläche zu sehen bekommen.

Schon mit bloßem Auge fällt die gelegentliche Verschiebung des Mondgesichtes auf. Im Fernrohr lassen sich einige Details von den Randgebieten der Rückseite erkennen. Es kommt nur darauf an, daß für die Beobachtungen die günstigsten Beobachtungszeiten bekannt sind. Die Variationen werden als Libration zusammengefaßt entstehen durch drei hauptsächliche Effekte:

Die Libration in (selenografischer) Länge bewirkt ein seitliches Kippen. Die Rotation des Mondes ist gleichförmig. Aber der Umlauf um die Erde mit gleicher Periode ist aus vielen Gründen ungleichförmig. In erster Näherung bewegt sich der Mond in einer elliptischen Bahn um die Erde. Deshalb beschleunigt er sich in dem Bahnstück vom Apogäum zum Perigäum und verzögert sich wieder zum Apogäum hin. Diese Bewegung wird durch eine Vielzahl von Störungen, den Unregelmäßigkeiten in der Bahnbewegung, überlagert. Der Mond pendelt im Vergleich zu einer theoretisch angenommenen gleichförmigen Bewegung um bis zu 7,9 Grad voraus oder zurück. Mehr vom westlichen Randgebiet sehen wir nach dem Apogäum und mehr vom östlichen Randgebiet nach dem Perigäum.

An dieser Stelle müssen wir uns mit den Definitionen von Ost und West auf dem Mond befassen, da es zwei Auslegungen gibt. Historisch gewachsen ist folgende Orientierung: Mit bloßem Auge und von der nördlichen Erdhalbkugel aus beobachtet ist auf dem Mond oben Norden, rechts Westen und links Osten in Anlehnung an die irdischen Himmelsichtungen. Diese Festlegung genügte lange Zeit, da man beim Mond keine Rotation beobachten kann. Astronomisch gesehen rotieren alle Himmelskörper, und zwar in der Regel von Ost nach West Seit der aktiven Raumfahrt gelten beide Definitionen. Die astronomische Definition (von der IAU beschlossen) ist vor allem deshalb sinnvoll, weil dadurch die Berechnungen für Mond und Planeten nach gleichem Prinzip erfolgen können und Astronauten auf dem Mond die Himmelrichtungen wie von der Erde gewohnt benutzen können. Es kommt leider immer darauf an, auf welche Definition man sich bezieht. Hier benutzen wir die astronomische, also ist beim Anblick des Mondes oben Norden, rechts Osten und links Westen

Die Libration in (selenografischer) Breite entsteht durch zwei Abweichnungen; erstens von der Neigung der Mondbahn gegen die Ekliptik mit 5 Grad und zweitens von der Neigung der Rotationsachse des Mondes zur Ebene seiner Bahn mit 1,3 Grad. Diese Schwankungen ergeben als Summe maximal 6,7 Grad und bewirken, daß wir je nach dem etwas mehr auf den Nord- oder Südpol blicken. Wir sehen mehr auf den Nordpol, wenn sich der Mond vom absteigenden zum aufsteigenden Knoten bewegt; und vom Südpol sehen wir mehr während der Bewegung zum absteigenden Knoten. Aus himmelsmechanischen Gründen fällt der aufsteigende Knoten der Mondbahn genau mit dem absteigenden Knoten der Rotationsebene zusammen. Diese Tatsache bewirkt, daß der Erdbegleiter, wenn er sich auf dem Bahnstück mit dem Blick mehr auf den Nordpol befindet, durch die Orientierung der Rotationsebene sich so neigt, daß wir noch ein kleines Stück mehr auf den Nordpol blicken. Analog trifft dies auf den Südpol ebenso zu.

Diese beiden Kippeffekte werden als optische Libration bezeichnet. Da der Beobachter den Mond nicht vom Mittelpunkt der Erde aus betrachtet, ergibt sich noch ein parallaktischer Winkel von maximal 1 Grad, um den die Libration korrigiert werden muß und dann topozentrische Libration genannt wird.

Bemerkenswert ist, daß die größten Librationseffekte nicht an den Polen oder an den Ost- bzw. Westpunkten erreicht, sondern bei den Positionswinkeln 45°, 135°, 225° und 315° mit einem Kippen um fast 10°.

In den physischen Ephemeriden des Mondes wird die optische Libration aufgelistet, gewöhnlich für 0 Uhr Weltzeit. Für den Beobachtungszeitpunkt muß interpoliert werden und über die topozentrischen Mondkoordinaten die topozentrische Libration hinzugefügt werden. Natürlich gibt es auch Rechnenprogramme, die alles erledigen. Zur Planung von geeigneten Beobachtungszeiten sind Vorhersagen hilfreich. In meiner Homepage http://www.buecke-info.de gibt es monatliche grafische Darstellungen.

Die Beobachtung der Randgebiete des Mondes ist nicht ganz einfach. Die perspektivische Verkürzung läßt viele Details nur schwer erkennen. Mondkarten zeigen in den Randgebieten gewöhnlich wenige Einzelheiten. Eine Karte [1] ist abweichend von den gebräuchlichen Mondkarten in einer anderen Projektion dargestellt, bei der die Randgebiete gut entzerrt sind. Sie beinhaltet dadurch auch einige Dateils der rückseitigen Randgebiete.

Vollständigkeitshalber sollen noch zwei Dinge genannt werden, die aber nicht für die Amateurastronomie relevant sind: Außer den bisher beschriebenen Librationen gibt es noch eine physische Libration. Sie entsteht durch geringfügige Ablenkung der Rotationsachse des Mondes um einen Mittelwert ähnlich der Polsequenz der Erde und beträgt höchstens 0,04 Grad. Und für die wissenschaftliche Zeiterfassung von Sternbedeckungen wird der Mondrand als Profil der librationsabhängig tangierenden Gebirgsformationen dargestellt.

Bisher wurden nur die Randgebiete zwischen Vorder- und Rückseite behandelt. Natürlich muß auf der gesamten Mondoberfläche die Libration als Verschiebung des scheinbaren Mondmittelpunktes zum Nullpunkt der Mondkoordinaten berücksichtigt werden, zum Beispiel bei Positionsmessungen von Formationen.

Literatur:

[1] Haack Handkarte Erdmond, Vorderseite, Rückseite; VEB Hermann Haack, Geographisch-Kartographische Anstalt Gotha/Leipzig, 1973

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