Astronomie (bewegingen van de maan)

de maan
maan.jpg
De maan is ongeveer een kwart zo groot als de planeet waarom hij draait, de aarde. Het oppervlak van de maan is bezaaid met kraters. Sommige zijn zo groot dat ze vanaf de aarde met het blote oog te zien zijn. Met een verrekijker zijn er al heel wat meer details op het maanschijfje te zien, en als men een telescoop gaat gebruiken, ziet men er nog veel meer. Helaas kan men vanaf de aarde maar één zijde van de Maan zien. De andere zijde staat steeds van ons afgekeerd. Dit komt doortdat de maan in ongeveer 27 dagen rond de aarde draait, maar ook in ongeveer 27 dagen rond zijn as. Hierdoor keert de maan altijd de zelfde zijde naar de aarde. De achterkant van de maan had men nog nooit gezien, totdat de Russische ruimtesonde Loena 3 hem in 1959 voor het eerst fotografeerde.




maanmare.jpgMet het blote oog zijn duidelijk donkere en lichte gebieden op de maan waar te nemen. De donkere gebieden bestaan uit gestolde lava, dat vroeger uit het binnenste van de maan naar boven kwam zetten. Vroeger dacht men dat deze donkere gebieden zeeën waren. Daarom hebben de donkere gebieden nu nog namen als 'Zee der Stilte' en 'Oceaan der Stormen'. Overigens bleken er aan de achterkant van de maan veel minder 'zeeën' te zijn. Men denkt dat de maankorst daar dikker is, zodat de lava daar vroeger niet zo gemakkelijk naar boven kon komen. Zoals eerder vermeld, kan men slechts één zijde van de maan zien. Dat zou 50% zijn. Maar omdat de baan van de maan niet cirkelvormig is, en de maan sneller draait naarmate hij dichter bij de aarde staat, lijkt de maan een beetje te schommelen, waardoor men net over de maanrand kan kijken, en zo 57% van zijn oppervlak vanaf de aarde kan zien. Dit effect heet libratie.


schijngestalten-maan3.jpg
Vanaf de aarde gezien, vertoont de maan schijngestalten of fasen. Dit houd in dat men soms de maan niet kan zien (nieuwe maan), soms maar een helft kan zien (eerste of laatste kwartier) en dat soms de maan helemaal verlicht is (volle maan). Dit wordt veroorzaakt door het feit, dat de maan zelf geen licht geeft, maar het licht van de zon weerkaatst. Als de maan nu in zijn baan tussen de aarde en de zon instaat, is de, naar ons toegekeerde zijde van de maan, onzichtbaar, terwijl de voor ons niet zichtbare zijde verlicht is. Staat de maan nu 'achter' de aarde, dan is het volle maan. Aan het begin van de maancyclus is het altijd nieuwe maan. Hierna groeit de maan, via een sikkel naar volle maan (de wassende maan). Na volle maan 'krimpt' de maan weer tot een sikkel, om vervolgens weer te verdwijnen( afnemende maan).

De maan is het enige hemellichaam waarop mensen hebben gestaan. Op 21 juli 1969, landden Neil Armstrong en Buzz Aldrin als eerste mensen op de maan. Deze gebeurtenis werd door miljoenen mensen overal ter wereld live op televisie bekeken. Bekend zijn de woorden van Neil, toen hij de eerste stap op de maan zette: "Het is een kleine stap voor een mens, een enorme sprong voor de mensheid."

De voorkant van de maan. Klik hier.
De achterkant van de maan. Klik hier.

Siderische maand
siderisch-synodisch.jpg
Een siderische maand (van het Latijnse sidus, "ster") is de tijd waarin de maan een volledige omloop om de aarde volbrengt ten opzichte van de vaste sterren. De siderische maand van de maan duurt ongeveer 27,32 dagen, dat is 27 dagen, 7 uur, 43 minuten en 11,6 seconden.


Synodische maand
Siderische maand (1–2) en synodische maand (1–3). Een synodische maand of lunatie is de tijd tussen twee nieuwe manen. Deze maanmaand duurt ongeveer 29,530588 kalenderdagen, dat wil zeggen: 29 dagen, 12 uren, 44 minuten en 2,8 seconden. Het verschil tussen een synodische en een siderische maand is dat de duur van een synodische maand niet wordt berekend aan de hand van steeds terugkerende posities van de maan aan de hemelbol ten opzichte van de (ogenschijnlijk) vaste sterren. In plaats daarvan wordt bij het bepalen van de duur van een synodische maand rekening gehouden met het feit dat de aarde schuin draait ten opzichte van de zon. Een synodische maand duurt daardoor iets langer dan een siderische.


Maansverduistering
maansverduistering.jpg
Een maansverduistering doet zich voor wanneer de zon, de aarde en de maan op één lijn staan (met de aarde in het midden). Normaal weerkaatst de maan het licht van de zon naar de aarde, maar tijdens een maansverduistering staat de aarde in de weg en ontvangt de maan geen zonlicht: de maan bevindt zich in de schaduw van de aarde. Het zonlicht dat door de aardatmosfeer dringt is rood, wat een rode gloed op de verduisterde maan kan veroorzaken.
Een 'penumbrale' maansverduistering doet zich voor wanneer de maan door de bijschaduw van de aarde trekt en niet door de kernschaduw. In dat geval is de volle maan wat minder helder. Een totale maansverduistering doet zich voor wanneer de maan wel door de kernschaduw (umbra) van de aarde trekt; als slechts een gedeelte van de maan door de umbra gaat, is er sprake van een gedeeltelijke maansverduistering. Maansverduisteringen doen zich alleen voor tijdens volle maan, wanneer de maan tegenover de zon staat. Er doet zich echter niet tijdens elke volle maan een verduistering voor, omdat de baan van de maan ongeveer 5,1° helt ten opzichte van de ecliptica (het vlak waarin de aarde rond de zon draait). Hierdoor kan een maansverduistering alleen optreden als de maan zich in een "knoop" bevindt, één van de twee punten waar het baanvlak de ecliptica snijdt. Meestal gaat de baan onder of boven langs de schaduwkegel van de aarde. In tegenstelling tot zonsverduisteringen, die in een klein gebied van de aarde te zien zijn, zijn maansverduisteringen waarneembaar vanaf elke plek waarvan men de maan kan waarnemen. Dit is op aarde, bij volle maan, dus vrijwel overal waar het nacht is. De verduistering vindt immers plaats op de maan zelf, die geen direct zonlicht ontvangt. Tijdens een maansverduistering op aarde doet zich op de maan een zonsverduistering voor: de aarde staat voor de zon. De Oude Grieken concludeerden dat de aarde een bol was omdat tijdens maansverduisteringen de rand van de schaduw altijd rond was.


Zonsverduistering
zonsverduistering.jpg
Een zonsverduistering treedt op wanneer de schaduwkegel van de maan de aarde raakt. Het gebied waar de kernschaduwkegel van de maan de aarde raakt is typisch een paar honderd kilometer in doormeter, en daar ziet men de zonsverduistering totaal. Rond de kernschaduwvlek is er een veel groter deel van de aarde dat zich in de bijschaduwkegel van de maan bevindt: daar ziet men de zonsverduistering gedeeltelijk.

De schaduwkegel van de maan zwiept door de ruimte met dezelfde snelheid als de maan in haar baan om de aarde, namelijk 3700 km/h. De aarde draait terzelfdertijd om haar as in dezelfde zin met een snelheid van 1700 km/h (aan de evenaar), waardoor de schaduw van de maan zich over het aardoppervlak beweegt met een relatieve snelheid van om en bij de 2000 km/h. De tocht van de schaduwkegel van de maan over het aardoppervlak kan verscheidene uren duren.

Totale zonsverduistering: als de kernschaduwkegel van de maan de aarde raakt, spreekt men van een totale zonsverduistering. Waar de kernschaduwkegel van de maan de aarde raakt, wordt een totale zonsverduistering als totaal gezien; waar de bijschaduwkegel van de maan de aarde raakt, wordt een totale zonsverduistering als gedeeltelijk gezien. De duur van de totaliteit hangt af van de afstand van de maan: als de maan in de buurt van haar perigeum staat, kan die oplopen tot 7 minuten. Tijdens die totaliteit kan men verschijnselen zien die anders overstraald worden door het felle zonnelicht, zoals protuberansen (zonne-uitbarstingen) en de corona (de zonne-atmosfeer).

Gedeeltelijke zonsverduistering: als de kernschaduwkegel van de maan de aarde nergens raakt, maar de bijschaduwkegel van de maan wel, spreekt men van een gedeeltelijke zonsverduistering. Een gedeeltelijke zonsverduistering wordt dus nergens als totaal gezien!

Ringvormige zonsverduistering: aangezien de kernschaduwkegel van de maan slecht 375 000 km lang is (vergelijk met de gemiddelde afstand aarde-maan van 384 000 km), zal de kernschaduwkegel van de maan de aarde niet kunnen raken als de maan niet voldoende dicht bij haar perigeum staat. In het verlengde van de kernschaduwkegel ziet men dan de rand van de zonneschijf nog uitsteken rond de (te kleine) maanschijf. Men spreekt dan van een ringvormige zonsverduistering. Waar de bijschaduwkegel van de maan de aarde raakt, wordt een ringvorminge zonsverduistering als gedeeltelijk gezien.

Ringvormig-totale zonsverduistering: De afstand tussen de maan en de plek waar (het verlengde van) de kernschaduwkegel van de maan de aarde raakt, is gedurende de verduistering niet helemaal constant ten gevolge van de bolvorm van het aardoppervlak. Er is daarom een grensgeval mogelijk tussen een totale zonsverduistering en een ringvormige zonsverduistering waarbij de eclips gedurende een deel van haar duur totaal is en gedurende het andere deel ringvormig. Men spreekt dan van een ringvormig-totale zonsverduistering. Voor dergelijke eclipsen is het moeilijk zeer precies te bepalen waar zij overgaan van ringvormig naar totaal of omgekeerd, omdat hiervoor rekening moet worden gehouden met de preciese vorm van de aarde (die afwijkt van de bolvorm!) en van het reliëf.


Voor extra uitleg over zonsverduistering. Klik hier.

De getijden
getijden.jpg
Het water op aarde komt regelmatig omhoog en zakt dan weer terug. Deze bewegingen heten eb en vloed. De hoogste stand van het water heet hoogwater, de laagste stand laagwater. Deze afwisseling van eb en vloed wordt getij genoemd. Dit woord is afgeleid van het woord tijd. Twee keer per etmaal is het eb en vloed. Het opkomen en wegzakken van het water volgt een regelmaat van de klok. Het verschijnsel is terug te voeren op de aantrekkingskracht van de maan en in mindere mate van de zon op aarde. De constante baan van de maan om de aarde zorgt voor een permanente aantrekkingskracht. Daarbij trekt de maan het water van de aarde in feite naar zich toe. Er ontstaat vloed op dat deel van de aarde dat naar de maan is gericht. Ook aan de tegenoverliggende zijde van de aarde ontstaat vloed. Dit wordt veroorzaakt doordat de aarde in feite in zijn geheel naar de maan getrokken wordt. Het water blijft dan als het ware iets achter bij de aarde. In de twee richtingen van de aarde loodrecht op de vloed is het op dat moment eb. Het getijverschil varieert afhankelijk van de plaats op aarde, de grootte van de zee en de stroming. In open oceanen is het verschil tussen eb en vloed relatief gering, tussen 0,5 en 1 meter. In meren en afgesloten zeeën is het verschil zeer klein, in de Middellandse Zee bijvoorbeeld is het getijverschil ongeveer dertig centimeter. Aan de Nederlandse Noordzeekust is het gemiddeld 1,5 meter. Aan de Belgische Noordzeekust is het gemiddeld 3,9 meter. Bij zee-engten zoals tussen Frankrijk en Engeland kunnen grotere getijverschillen optreden. Zo kan het verschil in Bretagne en Normandië oplopen tot vijftien meter.

Springtij en doodtij
Niet alleen de maan oefent zijn aantrekkingskracht uit op het water van de aarde, ook de zon doet dat. De trekkende kracht van de zon is echter veel minder. De zon staat immers veel verder van de aarde vandaan. De invloed van de zon is merkbaar door het optreden van springtij en doodtij. Bij springtij staan maan en zon in één lijn met de aarde. Dit gebeurt bij volle maan of nieuwe maan, dus twee keer per maand. Zon en maan trekken beide vanuit dezelfde richting. Het getij-effect wordt hiermee vergroot. De vloed die optreedt, is groter dan normaal. Bij doodtij gebeurt precies het tegenovergestelde: zon en maan staan in een hoek van negentig graden en trekken vanuit verschillende richtingen aan het water van de aarde. Het effect wordt hierdoor gedempt. De vloed die optreedt is kleiner dan normaal. Ook dit verschijnsel treedt tweemaal per maand op. Als springtij en storm samengaan, kan er een stormvloed optreden. Gelukkig kan springtij voorspeld worden en kunnen tegenwoordig ook goede voorspellingen gedaan worden over te verwachten stormen, zodat mensen zich in de meeste gevallen kunnen voorbereiden op een stormvloed.

Vul de gaten in. Druk dan op de toets "Controleer" om je antwoorden te controleren. Gebruik wanneer aanwezig, de "Hints"-knop om een extra letter te krijgen, wanneer je het lastig vindt om een antwoord te geven. Je kan ook op de "[?]"-knop drukken om een aanwijzing te krijgen. Let wel: je verliest punten, wanneer je hints of aanwijzingen vraagt!
(Fig. 1) Kaart van de maan. maankaart.gif

Voor het starten van de (animatie 1) die het verschil verduidelijkt tussen siderische en synodische maan. Klik hier.

Voor het starten van de (animatie 2) in verband met de schijngestalten van de maan. Klik hier.

(Fig. 2 en 3) Schijngestalten van de maan. schijngestalten-maan1.jpgschijngestalten-maan2.jpg

(Fig. 4) Maansverduistering. maansverduistering1.jpg

(Fig. 5) Zonsverduistering. zonsverduistering1.jpg

Getijdenanimatie (3). Klik hier.

(Fig. 6) Springtij en doodtij. springtij-doodtij.jpg
De beweging van de maan rond de aarde
De maan (fig. 1) is de natuurlijke van de aarde. Zelf straalt ze geen licht uit, maar voor ons is ze wel zichtbaar omdat ze zonlicht in de richting van de aarde weerkaatst . De maan is merkelijk kleiner dan de aarde. De straal is 1738 km (meer dan 3,5 keer kleiner). De gemiddelde afstand aarde – maan is 384.000 km.
Door haar geringe massa is haar onvoldoende om gasmoleculen vast te houden, zodat de maan geen van betekenis heeft. Zonder atmosfeer is elke vorm van leven zoals wij het kennen onmogelijk. Het maanoppervlak is oneffen en vertoont vele reliëfvormen. Wat men als donkere vlekken ziet, de zgn. zeeën, zijn lager gelegen zones die minder zonlicht weerkaatsen. De maanvluchten, de maanwandelingen en de meegebrachte gesteentes hebben onze kennis van de maan sterk verruimd.

Voor meer uitleg over de maan. Klik hier.

De eigen bewegingen van de maan
De maan voert gelijktijdig twee bewegingen uit:
  1. een aswenteling in tegenwijzerzin in 27 dagen en 8 uur.
  2. een omwenteling om de aarde, ook in tegenwijzerzin en in 27 dagen en 8 uur.

De maanbaan maakt een hoek van met het eclipticavlak van de aarde rond de zon. Deze omwentelingsbeweging volgt de wetten van Kepler. De baan is met de aarde in een van de brandpunten, zodat de afstand aarde maan schommelt tussen 407 000 km in het en 356 000 km in het . De omloopsnelheid is daardoor veranderlijk.


Gevolgen van de eigen bewegingen van de maan
De siderische en de synodische maand (Zie links animatie (1))
De tijd die verloopt tussen twee opeenvolgende van de maan ten opzichte van eenzelfde ster, is de maand. Ze is gelijk aan een volledige omwenteling van de maan om de aarde: 27 dagen en 8 uur. Maar tijdens die siderische maand schuift de aarde (samen met de maan) verder op haar baan om de zon. Om nu van op de aarde de maan opnieuw in dezelfde stand ten opzichte van de zon te zien, moet de maan nog iets meer dan twee dagen op haar baan om de aarde opschuiven. De maand duurt dan ook 29 dagen en 12 uur.


Dagelijkse schijnbare beweging om de aarde
Door de aardrotatie ziet men de maan dagelijks van oost, over zuid naar west om de aarde wentelen. Gezien ze echter zelf om de aarde draait in 27,3 dagen, legt ze 360°/27,3 of 13°11'12" af per dag in aan de sterrenhemel. De aarde doet er 50 minuten extra over om weer in dezelfde positie te kunnen komen ten opzichte van de maan. Dus zullen maansopgang, culminatie en ondergang dagelijks gemiddeld ongeveer later plaatshebben.


De schijngestalten van de maan (zie fig. 2 en 3)
Gedurende de omloop van de maan om de aarde ziet men haar belicht oppervlak dagelijks onder een andere vorm. Een volledige cyclus van de schijngestalten duurt 29,5 dagen of een synodische maand. Die schijngestalten volgen uit de veranderende onderlinge stand van aarde, maan en zon. Bij conjunctie of stand is het belichte maanoppervlak naar de zon gekeerd, dus van de aarde weg. Van op aarde kan men de maan maar zeer zwak waarnemen door onrechtstreekse belichting met licht dat door de aarde weerkaatst werd. Dit is . Bij oppositie of stand is het belichte deel van de maan naar de aarde gekeerd. De maan verschijnt bij zonsondergang boven de horizon en blijft tot bij haar ondergang bij zonsopkomst als een volledig belichte cirkel zichtbaar: .
In de tussenliggende standen is de richting aarde-maan loodrecht op de richting aarde-zon. Van de belichte maan is slechts de helft van op de aarde als een halve cirkel zichtbaar. Bij is de bolle zijde naar rechts gekeerd, bij naar links. Bij eerste kwartier schijnt de maan in het van de nacht, bij laatste kwartier tijdens het van de nacht. (Zie links animatie (2)).


Altijd dezelfde kant zichtbaar vanaf de aarde
Door de gelijke duur van de rotatie en de omwenteling keert de maan altijd van haar bolvormig oppervlak naar de aarde toe.


De maansverduistering (zie fig. 4)
Een maansverduistering kan optreden wanneer de maan of gedeeltelijk in de bij- en/of kernschaduw van de aarde komt: d.i. de gedeeltelijke of volledige maansverduistering. Het is een echte verduistering die zichtbaar is van op alle plaatsen op aarde waar het op dat moment nacht is. Veelal mist de maan de schaduwkegel, dan is het bij oppositie gewoon volle maan. Een volledige maansverduistering kan meestal ongeveer waargenomen worden.


De zonsverduistering (zie fig. 5)
Een zonsverduistering kan optreden bij conjunctie van de maan, indien de van de maan op de aarde valt. Het is een onechte verduistering of eclips: de zon zendt onverminderd stralen uit, maar de plaats van de maan verhindert dat ze het aardoppervlak bereiken. Wegens de beperkte afmetingen van de schaduwkegel van de maan ten opzichte van de oppervlakte van de aarde, is de zonsverduistering een plaatselijk verschijnsel. In de zone die getroffen wordt door de kernschaduw van de maan is er een , de zone in de bijschaduw beleeft een gedeeltelijke zonsverduistering. In een zone op aarde getroffen door het verlengde van de kernschaduw van de maan, treedt een zonsverduistering op. Een volledige zonsverduistering kan op dezelfde plaats op aarde hoogstens duren. Niet bij iedere conjunctie of oppositie zal een verduistering optreden. De betrokken hemellichamen moeten ook op in de ruimte liggen. Omdat de baan van de maan een hoek maakt van 5° met de aardbaan, kan een verduistering maar optreden als de maan in de van beide vlakken komt en als ook aan de andere voorwaarden voldaan wordt.


De getijden onder invloed van de maan (Zie links animatie (3))
Aan de kust vertoont de hoogte van het zeeniveau ten opzichte van een vast punt regelmatige schommelingen: de . Het gemiddelde tijverschil bedraagt in Oostende 3,92 m. Een volledig getij duurt 12 h 25 min of twee getijden in min wat overeenkomt met de duur van een schijnbare beweging van de maan om de aarde. Tijdens één synodische maand is het tijverschil ook tweemaal duidelijk hoger: en tweemaal merkbaar lager: .


Ontstaan van een getij
De watermassa van de aarde is onderhevig aan de aantrekkingskracht van de hemellichamen, d.i. in de eerste plaats de aantrekkingskracht van de aarde zelf en vervolgens die van maan en zon. Hoewel de massa van de veel kleiner is dan die van de zon, is haar getijdenkracht op de aarde toch groter, omdat ze zich veel dichter bij onze planeet bevindt.

Springtij (zie fig. 6)
Springtij of springvloed, is een vloed die het gevolg is van getijdenwerking, die veroorzaakt wordt door de van de zon en de maan die elkaar versterken. De maximale hoogte van het water is hierdoor hoger dan bij een normale vloed, die vrijwel alleen door de maan wordt veroorzaakt. Springtij treedt op bij nieuwe maan en bij volle maan, wanneer de zon, de aarde en de maan min of meer op één lijn staan. Daardoor is de totale kracht op de het grootst. Hierdoor is de waterstand tijdens hoogtij hoger en tijdens laagtij lager. Tussen volle en nieuwe maan in, bij halve maan, werken de zwaartekracht van de zon en de maan elkaar . De getijdenverschillen zijn dan minder groot. Dit noemt men doodtij. Spring- en doodtij komen dus tweemaal per synodische maand voor.

Doodtij (zie fig. 6)
Doodtij is de periode dat het verschil tussen laag- en hoogwater minimaal is. Dit treedt eens in de 14 dagen op als de getijdenwerking van de zon en de maan elkaar tegenwerken. Dit gebeurt als de zon en de maan min of meer ten opzichte van elkaar staan, dus bij het eerste en laatste van de maan. Doodtij is het tegenovergestelde van springtij. Een veelgehoord misverstand is dat het doodtij het moment zou zijn dat de vloedstroom overgaat in de ebstroom of omgekeerd. Dat heet echter de .