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Letzte und erste Sichtbarkeit der Mondsichel


Einleitung

In Gesellschaften, die einen am Mondlauf orientierten Kalender benutzen, beginnt der Monat für gewöhnlich in dem Moment, in dem nach Neumond erstmals die schmale Mondsichel wieder am Abendhimmel sichtbar wird. Das Alte Ägypten bildete diesbezüglich eine Ausnahme. Dort begann der neue Monat nämlich mit der Nichtsichtbarkeit der Mondsichel am Morgenhimmel, d.h. einen Tag nach der letzten Sichtbarkeit der alten Mondsichel am Morgen.

Damit der alte bzw. neue Mond gesehen werden kann, müssen drei Punkte erfüllt sein:

Schon seit Zeiten der Babylonier und vielleicht auch schon früher wurde versucht, Kriterien zu bestimmen, die für eine erste Sichtbarkeit der Mondsichel nach Neumond ausschlaggebend sind. Endgültig gelöst ist dieses Problem bisher nicht [1]. Weit verbreitet war der Versuch anhand des Mondalters das Neulicht vorherzusagen. Eine solche einfache Zeitregel ist jedoch sehr unsicher, da die Bahngeschwindigkeit des Mondes sehr unterschiedlich ist. Bei gleichem Mondalter können am Abend- bzw. Morgenhimmel somit ganz unterschiedliche Verhältnisse herrschen.



Dauer eines Mondmonats

Die Bezeichnung Mondmonat bezieht sich auf einen vollen Umlauf des Mondes in Bezug auf einen gewissen Referenzpunkt. Die sogenannte Lunation bezeichnet die Zeitspanne eines vollen Umlaufs des Mondes auf seiner Bahn um die Erde in Bezug zur Sonne. Dies ist die Zeit von einem Neumond, wenn Sonne und Mond in Konjunktion stehen, zum nächsten Neumond. Diese Zeit nennt man auch die synodische Periode des Mondes. Da diese stark schwankt, bezeichnet man die mittlere Lunationsdauer von 29 Tagen, 12 Stunden und 44 Minuten als synodischen Monat. Die genaue Länge kann heute aber zwischen 29 Tagen, 6 Stunden und 32 Minuten und 29 Tagen, 19 Stunden und 59 Minuten variieren. Früher war die Variation grösser, in Zukunft wird sie geringer werden. Grund dafür ist die Exzentrizität der Erdbahn, die sich im Laufe der Zeit verringert.

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Abbildung 1 zeigt die Dauer von 235 Lunation beginnend im Februar 2001 v. Chr. Diese Zeitspanne entspricht einem sogenannten Metonzyklus von 19 Jahren. Dies ist die Zeitspanne nach der dieselbe Mondphase wieder am gleichen Kalendertag auftritt. Die roten Dreiecke markieren Zeitpunkte, zu denen viermal ein 29-tägiger Monat in Folge auftritt, das grüne Dreieck den Zeitpunkt, zu dem fünfmal ein 30-tägiger Monat hintereinander vorkommt. Aus dieser Grafik ist gut ersichtlich, dass solche Häufungen gleich langer Mondmonate zeitlich nah auftreten. Die erste Viererfolge 29-tägiger Mondmonate in der Grafik dauerte vom Februar bis Mai 1986 v. Chr., dann folgten von August bis Dezember 1986 v. Chr. fünf 30-tägige Mondmonate aufeinander, und von Februar bis Mai 1985 v. Chr. traten nochmals vier 29-tägige Mondmonate in Serie auf.

Seit dem Jahr 2001 v. Chr. können maximal fünfmal 30-tägige Monate aufeinander folgen, und bis zu viermal 29-tägige. Zwischen 2001 v. Chr. und 2000 n. Chr. traten 12 Mal fünf 30-tägige Mondmonate hintereinander auf, wobei diese nicht gleich verteilt sind. Zwischen 588 v. Chr. und 887 n. Chr. gab es keine, im 2.Jt. v. Chr. hingegen sechs (1986, 1950, 1800, 1764, 1578 und 1128 v. Chr.). Vier aufeinanderfolgende 30-tägige Mondmonate sind nichts Ungewöhnliches; es gab sie 484 Mal innert 4000 Jahren. Vier 29-tägige Monate hintereinander traten bis zum Jahr 65 v. Chr. 42 Mal auf, seither nicht mehr. Drei aufeinanderfolgende 29-tägige Monate sind wiederum häufig (644 Mal innert 4000 Jahren).

jahre

Abbildung 2 zeigt die Dauer der Lunationen beginnend im Februar 2001 v. Chr. für insgesamt 236 Jahre bis zum März 1765 v. Chr. Jedes der 6 Panels umfasst etwa 39.5 Jahre. Rote Dreiecke markieren wieder die Zeitpunkte, zu denen viermal ein 29-tägiger Monat in Folge auftritt, grüne Dreiecke die Zeitpunkte, zu denen fünfmal ein 30-tägiger Monat hintereinander vorkommt. Folgende Punkte und unterschiedliche Perioden lassen sich erkennen:

  1. Ein stark periodisches Muster umfasst etwa 9 Jahre, was 111 Lunationen entspricht. Das ist gerade jene Zeit, die das Perigäum der Mondbahn benötigt, um sich 360° ostwärts in Bezug zum Perihel der Erdbahn fortzubewegen. Da sich die Exzentrizität der Erdbahn im Laufe der Zeit verringert, sind heute die hohen Spitzen etwas geringer, die niedrigen Spitzen dafür aber etwas höher.
  2. Die kürzeste Periode lässt sich gut in Abbildung 1 erkennen, sie beträgt 14 Lunationen. Ursache dafür ist die Ostwärtsbewegung des Perigäums der Mondbahn.
  3. Weniger gut zu erkennen ist ein schwach periodisches Muster, das 2277 Lunationen umfasst (entspricht ca. 184 Jahre). Das ist genau jene Zeit, welche die Knotenpunkte der Mondbahn benötigen, um 180° westwärts zurück zu wandern im Bezug zum Perihel der Erdbahn.
  4. Die Maxima der positiven Spitzen treten dann auf, wenn die Erde sich nahe ihres Perihels befindet, wo sie sich am schnellsten bewegt, und die Konjunktion des Mondes nahe dem Apogäum stattfindet, wo der Mond sich am langsamsten bewegt.
  5. Die Maxima der negativen Spitzen treten dann auf, wenn die Erde sich nahe ihres Aphels befindet, wo sie sich am langsamsten bewegt, und die Konjunktion des Mondes nahe dem Perigäum stattfindet, wo der Mond sich am schnellsten bewegt.
  6. Die Minima der positiven Spitzen treten dann auf, wenn die Erde sich nahe ihres Perihels befindet, wo sie sich am schnellsten bewegt, und die Konjunktion des Mondes auf halbem Weg zwischen Perigäum und Apogäum stattfindet, wo der Mond sich mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit bewegt.
  7. Die Minima der negativen Spitzen treten dann auf, wenn die Erde sich nahe ihres Aphels befindet, wo sie sich am langsamsten bewegt, und die Konjunktion des Mondes auf halbem Weg zwischen Perigäum und Apogäum stattfindet, wo der Mond sich mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit bewegt.

Für detailliertere Erläuterungen möchte ich auf folgende hervorragende Beiträge hinweisen und deren Lektüre empfehlen:




Sichtbarkeitskriterien

Babylon:
Es ist gesichert, dass bei den Babyloniern eine Sichtbarkeitsregel existiert hat, da die Tagebucheinträge neben beobachteten auch berechnete Daten enthalten. Die in der Literatur viel zitierte (siehe unter anderem zuletzt Odeh [18]) babylonischen Sichtbarkeitsregel, dass das Neulicht gesehen werden kann, wenn die Höhendifferenz zwischen Mond und Sonne grösser oder gleich 12° ist, d.h. wenn zwischen Sonnenuntergang und Monduntergang mindestens 48 Minuten liegen, ist jedoch eindeutig falsch. Darauf haben bereits Fatoohi et al.[19] hingewiesen. Von den Babyloniern sind uns verschiedene Verfahren unterschiedlicher Komplexität zur Berechnung der ersten bzw. letzten Sichtbarkeit der Mondsichel überliefert. Die in seleukidischer Zeit entstandenen aufwändigen Methoden ersetzten jedoch nicht die früheren einfacheren Regeln: beide Arten existierten nebeneinander. Die einfachste Regel findet sich im Text TU 11, in dem es heisst, dass die Mondsichel sichtbar wird, wenn die Differenz zwischen Sonnenuntergangs- und Monduntergangszeit mindestens 10° beträgt, was 40 Minuten entspricht [20]. Während der seleukidischen Ära wurden komplexere Methoden entwickelt, welche unter anderem Beiträge wie die Elongation des Mondes berücksichtigen [21].

Fotheringham:
In der Mitte des 19. Jh. sammelte der Astronom Julius Schmidt in Griechenland einige positive und negative Altlicht- bzw. Neulichtbeobachtungen. 1910 veröffentlichte Fotheringham eine Arbeit in der er die Beobachtungen von Schmidt und anderer Leute auswertete [2]. Er kam zum Schluss, dass die Mondsichel sichtbar ist, wenn die Differenz in der Höhe zwischen Sonne und Mond mindestens 12° beträgt. Ist der Abstand im Azimut grösser als 0°, verringert sich diese notwendige Höhendifferenz.

Maunder:
Maunder kritisierte Fotheringham, dass er die Grenzlinie zu sehr an den negativen Beobachtungen ausrichtete [3]. Er schlägt folgende Gleichung zur Berechnung der Mindestmondhöhe vor:
Hmin = 11° - (5. + Azimut) * Azimut * 0.01

Schoch:
Schoch publizierte 1927 Planetentafeln, die auch eine Tabelle mit Kriterien für die erste Sichtbarkeit der Mondsichel nach Neumond enthalten [4]. Er hat diese Tabelle danach nochmals überarbeitet; nach seinem Tod wurde sie in Neugebauers Werk veröffentlicht [5].

Vergleich der bisherigen Kriterien:


minimale Höhendifferenz zw. Sonne und Mond
Azimutdifferenz Fotheringham Maunder Schoch 1927 Schoch 1930
12° 11° 10.7° 10.4°
11.9° 10.5° 10.3° 10°
10° 11.4° 9.5° 9.6° 9.3°
15° 11° 7.6°
20° 10° 6.2°

Bruin:
Frans Bruin wählte 1977 einen neuen Ansatz [6]. Er berechnete welche Helligkeit der Mond haben muss, um vor einem Himmelshintergrund mit bestimmter Helligkeit noch sichtbar zu sein. Bruin bietet eine rein grafische Lösung des Sichtbarkeitsproblems. Man muss die Weite des Mondes w und die Höhe des Mondes über dem Horizont bei Sonnenuntergang kennen, um zu bestimmen, ob der Mond sichtbar ist oder nicht. Zudem gibt er einen Zeitpunkt für die bestmögliche Sichtbarkeit an.

Schaefer:
Schaefer griff Bruins Ansatz auf [7]. Er versuchte, viele Parameter wie die Durchsichtigkeit der Atmosphäre, die Höhe, die geographische Breite, die Temperatur, die relative Luftfeuchtigkeit und den Aerosolgehalt der Luft zu berücksichtigen. Er definierte einen Parameter R, der eine logarithmische Grösse der Sichtbarkeit des Mondes ist. Dieses Kriterium hat sich jedoch nie durchgesetzt.

Yallop:
Yallop versuchte, die Ansätze von Bruin mit den Kriterien von Maunder und Schoch zu verknüpfen[8]. Er übernimmt für die Mindesthöhe des Mondes bei einer bestimmten Azimutdifferenz die Werte von Schoch aus dem Jahr 1930, gleichzeitig verwendet er aber auch den Zeitpunkt der besten Sichtbarkeit des Mondes und die Weite der Mondsichel als Kriterium von Bruin. Er berücksichtigt die Mondparallaxe und die topozentrische Weite der Mondsichel. Yallop führt in der Folge einen Parameter q ein, der den Grenzwert für eine mögliche Sichtbarkeit angibt. Er unterscheidet insgesamt sechs Sichtbarkeitsgebiete, von denen für antike Beobachtungen grundsätzlich nur die ersten drei relevant sind:


A     q > +0.216 leicht sichtbar; ΔH ≥ 12°
B +0.216 ≥ q > -0.014 sichtbar unter perfekten Bedingungen
C -0.014 ≥ q > -0.160 sichtbar mit Feldstecher, ev. auch ohne optisches Hilfsmittel
D -0.160 ≥ q > -0.232 sichtbar mit Teleskop
E -0.232 ≥ q > -0.293 auch mit Fernrohr nicht sichtbar; ΔH ≤ 8.5°
F -0.293 ≥ q      unsichtbar, da unter dem Danjon Kriterium; ΔH ≤ 8°

Dieses Kriterium gilt momentan als das Beste.




Berechnungen

Die Berechnung der letzten/ersten Sichtbarkeiten der Mondsichel vor bzw. nach Neumond und der Neumonde für weit zurückliegende Zeiten ist mit gewissen Unsicherheiten belastet:

  1. Die Erdrotation verlangsamt sich im Laufe der Zeit. Der resultierende Zeitunterschied, ΔT genannt, der sich auf ca. 12 Stunden im Jahr 2000 v. Chr. aufsummiert und die Unsicherheit desselben (2000 v. Chr. etwa 2 Stunden) muss in die Berechnungen eingehen.
  2. Astronomen arbeiten noch heute daran, die Berechnungsmethoden für die letzten/ersten Sichtbarkeiten der Mondsichel zu verbessern [1], wobei nur die Sichtbarkeitsgebiete A und B berücksichtigt wurden.

Es wurden die Neumonde und die letzten/ersten Sichtbarkeiten der Mondsichel vor/nach Neumond im Zeitraum zwischen 2000 v. Chr. und 2000 n. Chr. berechnet, wobei die Unsicherheit in ΔT berücksichtigt sowie verschiedene Mond- und Sonnenephemeriden verwendet wurden. Für die Berechnung der Mond- und Sonnenposition wurden zwei verschiedene Ephemeriden getestet. Einmal die DE406-Langzeit Ephemeriden des Jet Propulsion Laboratory, welche es erlauben, die Positionen der Sonne, des Mondes und aller Planeten zwischen 3001 v. Chr. und 3000 n. Chr. zu berechnen [9]. Für einen Vergleich wurden die Sonnenkoordinaten auch mit der VSOP2000-Theorie [10] und die Mondkoordinaten mit der ELP/MPP02-Theorie berechnet [11]. Für die Berechnung der ersten/letzten Sichtbarkeiten der Mondsichel wurde das Kriterium von Yallop verwendet [8] wobei nur die Sichtbarkeitsgebiete A und B berücksichtigt wurden. Dieses Sichtbarkeitskriterium basiert auf geozentrischen Berechnungen, d.h. der Beobachter wird als im Erdmittelpunkt befindlich angenommen. Da diese Berechnungen topozentrisch ausgeführt werden - d.h. der Beobachter wird auf der Erdoberfläche an einem Ort mit der geographischen Breite φ und der geographischen Länge λ angenommen -, wurde zunächst überprüft, ob das Yallop-Kriterium überhaupt anwendbar ist und ob allenfalls die Grenzwerte angepasst werden müssen. Ein Vergleich mit mehr als 600 Beobachtungsdaten aus dem Zeitraum zwischen den Jahren 1859 und 2004 und mit ca. 440 überlieferten ersten Sichtbarkeiten bzw. Nicht-Sichtbarkeiten aus Babylon aus dem Zeitraum zwischen 568 und 73 v. Chr. ergab, dass in den allermeisten Fällen das Beobachtungsergebnis mit der Rechnung übereinstimmte [12]. Die Yallop'schen Grenzwerte für die Sichtbarkeiten wurden für die topozentrischen Rechnungen basierend auf den Ergebnissen der Rechnungen für ein mittleres ΔT folgendermassen angepasst:


A     q > +0.095 leicht sichtbar
B +0.095 ≥ q > -0.135 sichtbar unter perfekten Bedingungen
C -0.135 ≥ q > -0.280 sichtbar mit Feldstecher, ev. auch ohne optisches Hilfsmittel

Für die Berechnung von ΔT wurden die Formeln von Espenak verwendet [13], für die Abschätzung der Unsicherheit dieser Werte die Formel von Huber [14].


Jahr ΔT Unsicherheit (ΔT)
-3000 20h 31m ±2h 30m
-2500 16h 30m ±1h 42m
-2000 12h 54m ±1h 02m
-1500 9h 44m ±32m
-1000 7h 01m ±11m
-500 4h 45m ±7m
0 2h 55m ±5m

Für eine detailliertere Beschreibung der verwendeten Ephemeriden (in Englisch) siehe hier.




Datendownload

Wenn Sie die folgenden Daten herunterladen und verwenden wollen, bitte ich Sie, folgende Publikation und diese Homepage als Quelle anzugeben: R. Gautschy, "Monddaten aus dem Archiv von Illahun: Chronologie des Mittleren Reiches", Zeitschrift für Ägyptische Sprache und Altertumskunde 178, Vol. 1, 2011, 1-19.

Es wurden für die Orte Alexandria, Heliopolis, Memphis, Illahun, Abydos, Theben, Abu Simbel, Elephantine und Babylon Tabellen generiert, in denen jeweils für ein mittleres ΔT die Zeitpunkte des Neumondes und der letzten bzw. ersten Sichtbarkeit der Mondsichel im Julianischen und im Ägyptischen bzw. Babylonischen Kalender angegeben sind. Ergab sich in der Rechnung bei der Berücksichtigung der Unsicherheit von ΔT oder bedingt durch die unterschiedlichen Ephemeridenversionen eine Diskrepanz um einen Tag, so ist dies in den Tabellen vermerkt. In solchen Fällen muss offen bleiben, an welchem Tag die Mondsichel das erste bzw. letzte Mal tatsächlich beobachtet werden konnte.

Die folgenden elektronischen Daten entsprechen der Version 2 meines Programms (Juni 2012). Im Vergleich zur Version 1 wurden einerseits neuere Berechnungsmethoden für die Präzession eingebaut, die Yallop'schen Grenzwerte auf die topozentrischen Rechnungen angepasst, und andererseits ein Fehler bei der Berechnung der Mondauf- und -untergangszeiten behoben.

Die in der folgenden Tabelle unter der Spalte "download Monddaten Letzte (Erste)" verfügbaren Daten enthalten für jeden Beobachtungsort:

Die unter der Spalte "q-Werte" verfügbaren Daten enthalten die für ein mittleres ΔT berechneten q-Werte sukzessiver Tage. Bei einer überlieferten Sichtbarkeit einer Mondsichel, die laut Tabellen theoretisch nicht mehr beobachtbar hätte sein sollen, lässt sich aus diesem Datenfile der Wert des Sichtbarkeitskriteriums am folgenden bzw. vorangegangenen Tag ersehen. Fällt der angegebene Wert in die Sichtbarkeitskategorie C, so ist die Beobachtung nicht im Widerspruch zur Berechnung. Der kleinste q-Wert einer eindeutig belegten erfolgreichen Sichtung aus Babylon beträgt -0.287.


Ort download Monddaten Letzte download Monddaten Erste download q-Werte
Alexandria hier hier hier
Heliopolis hier hier hier
Memphis hier hier hier
Illahun hier hier hier
Abydos hier hier hier
Theben hier hier hier
Abu Simbel hier hier hier
Elephantine hier hier hier
Babylon hier hier hier

Wichtig:
Das Datum im ägyptischen Kalender ändert sich in den Tabellen wie das julianische bzw. gregorianische Datum um Mitternacht. Dies muss bei einem Vergleich mit überlieferten Monddaten berücksichtigt werden!
Die angegebenen babylonischen Kalenderdaten vor 747 v. Chr. sind mit Unsicherheiten behaftet, da es keinen fixen Schaltrhythmus gab. Aus Verwaltungstexten lässt sich ableiten, dass manchmal mehrere direkt aufeinanderfolgende Jahre Schaltjahre waren. Bei den hier berechneten Kalenderdaten konnte dies nicht berücksichtigt werden. Ein Schaltmonat am Jahresende wird dann eingefügt, wenn der babylonische Jahresbeginn vor den Frühlingsanfang fallen würde. Das bedeutet, dass die Abweichung des hier verwendeten theoretischen babylonischen Kalenders vom tatsächlich in Gebrauch gewesenen mehrere Monate betragen kann!




Vergleich mit überlieferten ägyptischen Daten

Es gibt verschiedene Annahmen darüber zu welchem Tageszeitpunkt im Alten Ägypten das Kalenderdatum wechselte. Die meisten Forscher gehen davon aus, dass der ägyptische Tag mit der Morgendämmerung begann [15]. Wenige andere glauben, dass der ägyptische Tag mit dem Sonnenaufgang begann [16]. Beide Gruppen beziehen sich dabei immer wieder auf Angaben im Almagest des Klaudios Ptolemaios, die aber mitunter unterschiedlich interpretiert werden [17].

Für die Auswertung bedeutet das, dass bei einem angenommenen Tagesbeginn bei Sonnenaufgang die in der Morgendämmerung stattfindende Beobachtung der Mondsichel noch am alten Tag erfolgt. Kann die Mondsichel nicht mehr beobachtet werden, so beginnt wenige Minuten später der neue Mondmonat. Wegen des unsicheren Tagesbeginns ändert sich in diesen Tabellen das ägyptische Datum wie das Julianische Datum bereits um Mitternacht. Das muss bei der Auswertung der Daten insofern berücksichtigt werden, als dass bei der Annahme eines Tagesbeginns bei Sonnenaufgang gegenüber einem überlieferten Datum die Tageszahl um zwei reduziert werden muss.

Beispiel:
Ist ein Mondmonatsbeginn an I Peret 7 überliefert, so muss in diesem Fall in der Tabelle der letzten Sichtbarkeiten unter dem Datum I Peret 5 gesucht werden. Im ägyptischen Kalender springt das Datum erst nach dem Sonnenaufgang, was in den Rechnungen schon um Mitternacht geschieht. Da es sich um eine Beobachtung vor dem Sonnenaufgang handelt, wäre in unserem Beispiel die alte Mondsichel an I Peret 6 erstmals nicht mehr gesehen worden. Damit erfolgte die letzte Sichtung an I Peret 5.

Geht man hingegen von einem Tagesbeginn bei Dämmerungsbeginn aus, ereignet sich die Beobachtung bereits am neuen Tag und somit ist das ägyptische Datum in den Tabellen identisch mit der tatsächlichen ägyptischen Tagesangabe zum Beobachtungszeitpunkt. Der Tag der ersten Nichtsichtung fällt hier mit dem ersten neuen Mondmonatstag zusammen. In diesem Fall muss in der Tabelle der letzten Sichtbarkeiten bei der um eins reduzierten Tageszahl um Übereinstimmungen gesucht werden.

Beispiel:
Ist ein Mondmonatsbeginn an I Peret 7 überliefert, so konnte die alte Mondsichel an I Peret 7 erstmals nicht mehr beobachtet werden. Somit erfolgte die letzte Sichtung an I Peret 6.




Anmerkungen



snflogo Diese Arbeit wurde vom Schweizerischen Nationalfonds im Rahmen eines Marie Heim-Vögtlin Stipendiums finanziert.


Ich möchte mich bei Alfred Gautschy, Peter J. Huber, Rolf Krauss und Kurt Locher bedanken, die in verschiedenen Phasen der Entstehung dieser Berechnungen mit Anregungen, Kommentaren und Korrekturen einen wichtigen Beitrag geliefert haben.



Created by Rita Gautschy, version 2.0, January 2012