Maanfasen en zonsverduistering

Bron: https://hoezithet.nu/lessen/fysica/lichtstralen/maanfasen_en_zonsverduistering/

Een zonsverduistering is een mooi voorbeeld van de schaduw gecreëerd door een diffuse lichtbron. Om in de sfeer van de hemellichamen te blijven, zullen we ook meteen de maanfasen en maansverduistering bespreken.

Zonsverduistering

De zon is een diffuse lichtbron. Hierdoor zal een belicht voorwerp een bijschaduw en soms een kernschaduw hebben. Een voorbeeld hiervan is een totale zonsverduistering. Daarbij staan de zon, de maan en de aarde ongeveer op één lijn waardoor er een grote schaduw van de maan op de aarde valt.

Daar waar de kernschaduw op de aarde valt, ziet een totale zonsverduistering er als volgt uit:

In de gebieden waar de bijschaduw van de maan valt, is er een gedeeltelijke zonsverduistering.

De maanfasen

Ruwweg gezegd draait de maan rond de aarde en de aarde rond de zon. Eén rondje van de aarde rond de zon duurt ongeveer een jaar. Eén rondje van de maan rond de aarde duurt ongeveer een maand ($27{,}321661$ dagen om precies te zijn). Terwijl de maan rond de aarde draait, lijkt vanop aarde de maan verschillende vormen aan te nemen: soms een volledige cirkel 🌝, soms iets sikkelvormig 🌛. Dit noemen we de schijngestalten van de maan of de maanfasen.

Vanuit de ruimte wordt het duidelijk waar deze schijngestalten vandaan komen. Terwijl de maan rond de aarde draait, kijken we vanop aarde naar een andere kant van de schaduw. De nummertjes op de illustratie komen overeen met de schijngestalten op de vorige figuur.

In "bovenaanzicht" ziet de situatie er als volgt uit. Ook hier komen de nummers overeen.

Maansverduistering

De maan draait rond de aarde in een hellend vlak dat een hoek maakt van ongeveer 5° met het vlak waarin de aarde rond de zon draait (het ecliptisch vlak).

Enkel wanneer de maan door het ecliptisch vlak beweegt, kunnen de zon, de aarde en de maan op één lijn komen te staan. Dat gebeurt slechts twee keer per maand, zoals getoond op deze figuur:

Wanneer de maan door het ecliptisch vlak gaat en de zon toevallig in dezelfde lijn als de maan en de aarde staat, kan er een zonsverduistering of een maansverduistering gebeuren. Een zonsverduistering (daarnet besproken) gebeurt als de maan tussen de aarde en de zon staat (tijdens een nieuwe maan dus). Een maansverduistering, daarentegen, kan enkel als de aarde tussen de maan en de zon staat (volle maan) op het moment dat de maan door het ecliptisch vlak beweegt.

De aarde, de zon en de maan op schaal

Sterren, planeten en manen staan enorm ver van elkaar, zelfs binnen eenzelfde zonnestelsel. Ook zijn er immense verschillen in hoe groot verschillende hemellichamen zijn. Illustraties met meerdere hemellichamen zullen daarom bijna nooit op ware schaal getekend (kunnen) worden.

Dat is ook het geval bij alle bovenstaande illustraties met de zon, de aarde en de maan. Om je toch een idee te geven van de enorme afstanden tussen deze hemellichamen, heb ik hieronder de aarde en de maan eens op ware schaal getekend. In werkelijkheid is de afstand van de aarde tot de maan ongeveer $380{\ }000\si{ km}$. De aarde heeft een diameter van $12{\ }756 \si { km}$ en de maan van $3476\si{ km}$.

De afstand tussen de aarde en de zon is ongeveer $149{\ }600{\ }000 \si{ km}$ en is dus nog veel groter dan de afstand tussen de aarde en de maan. Ook is het verschil in grootte enorm: de zon heeft een diameter van $1{\ }393{\ }000 \si{ km}$.

Om je een duidelijker idee te geven van hoe groot de aarde, zon en maan zijn ten opzicht van elkaar nog één laatste figuur. Hierop zijn de hemellichamen vlak naast elkaar gezet en zijn enkel de groottes van de hemellichamen op schaal getekend.