Missing Link: Die Physik hinter dem Blutmond

Eine totale Mondfinsternis – wie die vom Sonntagabend – gehört zu den faszinierendsten astronomischen Ereignissen, die sich mit bloßem Auge beobachten lassen. Wenn der Vollmond in den Schatten der Erde gleitet, verschwindet er nicht einfach, sondern verwandelt sich in eine rötlich schimmernde Scheibe – den sogenannten „Blutmond“. Dieses Phänomen, das in früheren Zeiten oft als Omen gedeutet wurde, hat eine rein physikalische Ursache, die eng mit der Erdatmosphäre verknüpft ist.

Totale Mondfinsternis: Tanz im Kernschatten

Eine Mondfinsternis tritt nur bei Vollmond auf, wenn Sonne, Erde und Mond exakt in einer Linie stehen. Der Mond durchquert dabei den Schatten, den die Erde in den Weltraum wirft. Dieser Schatten besteht aus zwei Teilen: dem Halbschatten (Penumbra) und dem Kernschatten (Umbra). Während der Mond im Halbschatten nur leicht abgedunkelt wird, beginnt das eigentliche Spektakel, sobald er vollständig in den Kernschatten eintritt. Von der Mondoberfläche aus gesehen wäre die Sonne nun komplett von der Erdscheibe verdeckt. Man sollte annehmen, dass der Mond jetzt komplett finster ist – doch das ist er nicht.

Atmosphäre als Linse und Filter

Der Grund für das rötliche Leuchten ist die Erdatmosphäre. Sie wirkt wie eine gigantische, sphärische Linse, die das Sonnenlicht, das an der Erde vorbeistreift, bricht (refraktiert) und in den an sich dunklen Kernschatten lenkt. Ohne Atmosphäre gäbe es keinen Blutmond; der Mond wäre während der Totalität nahezu unsichtbar.

Doch warum ist das Licht rot? Hier kommt die Rayleigh-Streuung ins Spiel. Namensgebend ist John William Strutt, der dritte Baron Rayleigh. Es handelt sich um denselben Effekt, der uns tagsüber einen blauen Himmel und abends einen roten Sonnenuntergang beschert. Das Sonnenlicht ist ein Gemisch aus allen Spektralfarben mit unterschiedlichen Wellenlängen. Wenn dieses Licht auf die Moleküle in der Erdatmosphäre trifft, wird kurzwelliges, blaues Licht sehr viel effektiver in alle Richtungen gestreut als langwelliges, rotes Licht.

Die Rayleigh-Streuung beschreibt die elastische Streuung elektromagnetischer Wellen an Teilchen, deren Durchmesser deutlich kleiner als die Wellenlänge λ ist – beispielsweise bei der Streuung von Licht an einzelnen Molekülen. Sie tritt in der Erdatmosphäre vorwiegend an den Stickstoff- und Sauerstoff-Molekülen auf.

Das einfallende Licht versetzt die Elektronen in den Molekülen in Schwingung. Durch diese Anregung verhält sich das Molekül so, als ob es selbst ein kleiner Dipol wäre, der genau im Rhythmus des Lichts schwingt. Dieser Dipol sendet wiederum Licht aus – und zwar in derselben Wellenlänge wie das einfallende Licht.

Rayleigh-Streuung wirkt besonders stark auf kurzwelliges, also blaues Licht: Die Intensität der gestreuten Strahlung ist umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge:

Dabei ist I die Intensität des gestreuten Lichts, I₀ die ursprüngliche Intensität, λ die gestreute Wellenlänge und λ₀ die Referenzwellenlänge.

Etwas komplizierter sieht die Formel für die Streuintensität in Abhängigkeit vom Streuwinkel θ aus; r ist dabei der Abstand von der Streuquelle, α die Polarisierbarkeit:

Die Abhängigkeit der Streuintensität von λ^-4 führt dazu, dass blaues Licht deutlich stärker gestreut wird als das rote Licht:

Während das Sonnenlicht den Weg durch die Erdatmosphäre am Tag-Nacht-Rand der Erde zurücklegt, wird daher der kurzwelligere blaue Anteil fast vollständig herausgefiltert und weggestreut. Übrig bleibt primär der rote Lichtanteil, der seinen Weg relativ ungestört fortsetzt. Dieses tiefrote Licht wird durch die Atmosphäre wie durch eine Linse gebrochen und genau in den Kernschattenkegel gelenkt, wo es auf die Mondoberfläche trifft und von dort zur Erde zurückgeworfen wird.

Theoretisch ist dieser rote Schimmer immer vorhanden, wenn der Mond dicht über dem Horizont steht. Unter üblichen Bedingungen überwiegt das von der Sonne reflektierte jedoch weiß-gelbe Licht so deutlich, dass ein roter Anteil vollständig überstrahlt wird. Daher ist er beim unverdunkelten Vollmond für Erdbeobachter praktisch nicht wahrnehmbar.

Eine deutliche untergeordnete Rolle beim Blutmond spielt die Mie-Streuung, benannt nach dem deutschen Physiker Gustav Mie. Sie beschreibt die Streuung elektromagnetischer Wellen an Partikeln in der Größenordnung der Wellenlänge, sofern die Oberfläche der Partikel ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches zu einer Beugung der Welle führt. Die Mie-Streuung kann jedoch die Intensität und Nuancierung des rötlichen Lichts beim Blutmond beeinflussen, weil sie bei größeren Aerosolen und Staubpartikeln auftritt und zu einer insgesamt weißlicheren Streuung führt.

Ein ebenfalls beeindruckendes Naturschauspiel könnte man hypothetisch vom Mond selbst aus fotografieren, denn für einen dortigen Beobachter wäre die Erde während der totalen Mondfinsternis eine pechschwarze Scheibe, die von einem leuchtend roten Ring umgeben ist.

Eine Frage der Helligkeit: 19 Blendenstufen Unterschied

Trotz des beeindruckenden Anblicks ist der Blutmond extrem dunkel. Die Helligkeit des Mondes während der Totalität ist etwa 600.000-mal geringer als die eines normalen Vollmonds. Für Fotografen bedeutet das: Man muss die Belichtung um rund 19 Blendenstufen erhöhen, um ein korrekt belichtetes Bild zu erhalten.

Diese extreme Dunkelheit ist auch der Grund, warum der rote Schimmer schlagartig verschwindet, sobald der Mond den Kernschatten wieder verlässt. Selbst ein winziger, wieder direkt von der Sonne beschienener Sichelrand des Mondes überstrahlt das schwache, rötliche Restlicht so stark, dass es für unser Auge unsichtbar wird.

Die genaue Farbe und Helligkeit des Blutmonds kann dabei variieren – von einem leuchtenden Kupferrot bis zu einem tiefen, fast schwarzen Dunkelrot. Dies hängt vom Zustand der Erdatmosphäre ab: Sind die Luftschichten entlang des Terminators sehr staubig oder durch Vulkanausbrüche mit vielen Aerosolen angereichert, gelangt weniger Licht in den Kernschatten und der Mond erscheint dunkler. Eine saubere Atmosphäre sorgt hingegen für eine hellere und intensiver gefärbte Finsternis.

Letztlich ist der Blutmond also kein unheilvolles Zeichen, sondern ein wunderbares Lehrstück der Optik – eine Demonstration, wie die Atmosphäre unseres eigenen Planeten das Licht der Sonne malt und den nächtlichen Himmel in ein Kunstwerk verwandelt.

Wir wünschen viel Spaß beim Fotografieren und drücken die Daumen, dass sie einen wolkenlosen Himmel haben. Wer dieses Mal kein Glück mit dem Blutmond hat, kann es in Deutschland wieder am Silvesterabend 2028 versuchen.

(vza)