Schaduwvorming bij zons- en maansverduisteringen

Zons- en maansverduisteringen treden op wanneer de zon, de aarde en de maan op 1 lijn liggen. Bij een maansverduistering staat de aarde tussen de zon en de maan en bij een zonsverduistering staat de maan in het midden. Daar zowel de maan als de aarde ondoorschijnende hemellichamen zijn en dus geen lichtstralen doorlaten, werpen ze een schaduw achter zich. Indien de maan achter de aarde staat, zal de aarde dus een schaduw werpen op de maan en treedt er een maansverduistering op. Als de aarde achter de maan staat, zal er zich een zonsverduistering voordoen.

• Schaduwvorming
• Schaduwvorming bij een puntvormige lichtbron
• Schaduwvorming bij een niet-puntvormige lichtbron
• De schijngestalten van de maan
• Maansverduistering
• Zonsverduistering

Schaduwvorming

Schaduwvorming bij een puntvormige lichtbron

Als een puntvormige lichtbron (L) op een ondoorschijnend voorwerp (V) schijnt, zal er zich achter het voorwerp een schaduw voordoen. Deze schaduw kan duidelijk worden waargenomen door een scherm (S) achter het voorwerp te plaatsen. De lichtstralen van de puntvormige lichtbron welke op het voorwerp schijnen, zullen het scherm dus niet bereiken en het dus ook niet belichten. (Figuur 1) Er ontstaat dus een donkere vlek met de vorm van het voorwerp op het scherm. (Figuur 2)

Schaduwvorming bij een niet-puntvormige lichtbron

Bij schaduwvorming door een niet-puntvormige lichtbron bestaat de gevormde schaduw achter een ondoorschijnend voorwerp uit een kernschaduw en een halfschaduw.
In Figuur 3 wordt de stralengang vanuit het bovenste punt van de lichtbron weergegeven van waaruit nog één lichtstraal langs de onderkant van het voorwerp het scherm kan bereiken. De gestreepte lichtstralen bereiken het scherm niet door de aanwezigheid van het voorwerp wat resulteert in schaduwvorming op het scherm.

In Figuur 4 wordt de stralengang vanuit het onderste punt van de lichtbron weergegeven van waaruit nog één lichtstraal langs de bovenkant van het voorwerp het scherm kan bereiken. Ook hier worden de gestreepte stralen tegengehouden door het ondoorschijnend voorwerp met een schaduw als gevolg.

Figuur 5 geeft de stralengang vanuit een tussenliggend punt van de lichtbron weer. Ook hier bereiken de stralen die op het voorwerp schijnen het scherm niet. De andere lichtstralen kunnen het scherm wel belichten.

In Figuur 6 zijn Figuren 3, 4 en 5 samengevoegd en wordt dus de totale stralengang weergegeven. Als de drie schaduwplaatsen worden opgeteld, wordt duidelijk dat er een gebied is waar schaduwvorming optreedt zowel afkomstig van het bovenste, onderste als middelste gedeelte van de lamp. Op dit gebied van het scherm valt geen enkele lichtstraal. Op sommige plaatsen raken er wel lichtstralen van het bovenste gedeelte van de lichtbron maar niet vanuit het onderste gedeelte en omgekeerd. Deze gebieden zullen dus niet met de volle intensiteit worden belicht en vormen dus de halfschaduw. Sommige gebieden op het scherm worden wel met volle intensiteit belicht.

Op het scherm is er dus een onbelichte cirkel te zien, de kernschaduw, met daarrond een halfschaduw. (Figuur 7)

De schijngestalten van de maan

In de loop van de maand, dit is de tijd die de maan nodig heeft om 1 keer om de aarde te draaien, zien we de maan van vorm veranderen. Dit noemen we de schijngestalten van de maan. De maan blijft uiteraard steeds een bol die voor de helft wordt verlicht door de zon. Wij kunnen alleen het verlichte deel van de maan zien en dus afhankelijk van onze positie ten opzichte van de maan zien wij die belichting steeds op een andere manier. (Figuren 8 en 9) Bij nieuwe maan (1) staat het verlichte deel van de maan van ons weggericht en zien wij de maan dus niet. Bij het draaien van de maan rond onze planeet, zien we eerst maar een klein stukje van het verlichte gedeelte (2). Bij het eerste kwartier zien we een halve maan (3). Bij volle maan kijken we op de volledig verlichte helft (5) en bij het laatste kwartier (7) zien we opnieuw een halve maan maar nu de andere helft dan bij het eerste kwartier.

Maansverduistering

Een maansverduistering treedt op indien de zon, de aarde en de maan volledig of bijna op 1 lijn staan. Bij een volledige of gedeeltelijke maansverduistering wordt er respectievelijk een kernschaduw of halfschaduw op de maan geworpen afkomstig van de aarde. Hier treedt dus hetgeen op wat hierboven reeds werd uitgelegd voor een niet-puntvormige lichtbron. Indien de maan zich in de kernschaduw bevindt, spreken we van een volledige maansverduistering. (Figuur 10) We kunnen de maan dan niet zien. Indien de maan zich in de bijschaduw bevindt, kunnen we de maan maar gedeeltelijk zien. (Figuur 11) Indien je je binnen de kernschaduw op de maan zou bevinden, zou je dus een zonsverduistering kunnen aanschouwen omdat de aarde het licht van de zon daar tegenhoudt. Bij een maansverduistering kunnen we net als bij nieuwe maan, de maan niet zien. Bij nieuwe maan komt dit omdat we naar de niet verlichte helft van de maan kijken en bij een maansverduistering kijken we dus naar onze eigen schaduw.

Zonsverduistering

Een zonsverduistering treedt op indien de zon, de maan en de aarde volledig of bijna op 1 lijn staan. Het gedeelte van de aarde dat zich in de kernschaduw bevindt, maakt een volledige zonsverduistering mee. (Figuur 12) Het is de maan die de lichtstralen belet om de aarde te bereiken. Doordat de aarde met een snelheid van 1 toer op 24 uur om zijn as draait, is dit fenomeen slechts kort waar te nemen. En iemand die zich op de maan bevindt, die zal de schaduw van de maan op de aarde kunnen zien.