Het mooiste gedeelte van een maansverduistering is het moment dat de maan bijna volledig verduisterd is. Op dit moment zijn de kleuren van de rand van de schaduw mooi te zien.

Introductie

Een maansverduistering gebeurt wanneer de maan door de schaduw van de aarde heen beweegt, ofwel wanneer de zon, aarde en maan allemaal op één lijn staan. De maan draait ongeveer eens per 27 dagen en 8 uur rond de aarde, dus je zou verwachten dat een maansverduistering ongeveer elke maand plaatsvindt, maar de baan van de maan maakt een kleine hoek met die van de aarde rond de zon. Deze hoek is ongeveer 5^o, en omdat de oriëntatie van de baan van de maan steeds langzaam verandert, verloopt er meestal ongeveer een jaar tussen twee maansverduisteringen.

Soms zijn er een aantal maansverduisteringen per jaar (tot 3), en soms helemaal geen. Toch komen maansverduisteringen veel vaker voor dan zonsverduisteringen, omdat de aarde groter is dan de maan en omdat de maan ongeveer even groot als de zon lijkt in de lucht. Zonsverduisteringen zijn dus plaatselijk, terwijl iedereen aan de nachtzijde van de aarde een maansverduistering kan waarnemen.

Een maansverduistering is lang niet zo spectaculair als een totale zonsverduistering, maar evengoed een mooi gezicht, wanneer de maan een donkere roestbruine kleur krijgt.

Waarnemen

In tegenstelling tot zonsverduisteringen zijn maansverduisteringen geheel veilig om met het blote oog waar te nemen. De volle maan is weliswaar erg fel, maar niet zo fel om de ogen te beschadigen. Een maansverduistering voltrekt zich ook langzaam, in een paar uur, waarbij de totaliteit ongeveer een uur duurt. Een totale zonsverduistering duurt hooguit enkele minuten.

Omdat de maan door de schaduw van de aarde beweegt tijdens een maansverduistering, is de maan dus altijd vol. Dat betekent dus ook dat een maansverduistering alleen te zien is als de zon onder is. Omdat maansverduisteringen enkele uren duren kan het zijn dat je een bepaalde verduistering niet ziet als het voor jou overdag gebeurt.

De schaduw van de aarde op de plaats van de baan van de maan bestaat uit een ringvormige bijschaduw met daarin de schaduw. De bijschaduw is de plaats waar de aarde alleen gedeeltelijk het zonlicht dat de maan beschijnt tegenhoudt. De dikte van de bijschaduwring is dus zo groot als de zon lijkt, gezien vanaf de maan. De maan is ongeveer dezelfde schijnbare diameter als de dikte van de bijschaduwring, en dus ongeveer dezelfde schijnbare diameter van de zon. Dit is zuiver toeval en is de reden dat zonsverduisteringen zo plaatselijk zijn en kort duren. De gedeeltelijk verduisterde maan is in de figuur getekend ter vergelijking.

Schaduwgeometrie

De schaduw van de aarde (de umbra) strekt zich niet oneindig ver uit. Omdat de zon veel groter dan de aarde is, heeft de schaduw van de aarde de vorm van een kegel die ongeveer 1,4 miljoen kilometer lang is. Ter vergelijking, de afstand tot de maan is ongeveer van 360.000 tot 400.000 kilometer (de baan van de maan is elliptisch). Binnen de schaduwkegel is de zon geheel door de aarde geblokkeerd en is het in principe donker. Het enige licht dat binnen deze schaduw doordringt is rood licht van de zon dat door de dampkring van de aarde in min of meer voorwaartse richting verstrooid wordt. Als je op de maan zou staan tijdens een maansverduistering, zou je een fel roodoranje ring rond de aarde zien, die in feite niets anders is dan de zonsondergangskleuren overal op aarde op dat moment.

De doorsnede van de schaduw ter plaatse van de maan is in de figuur rechts geschetst.

Buiten de schaduw is een gebied dat de bijschaduw heet (penumbra). Dit is het gebied waar de aarde de zon deels blokkeert. Gezien vanaf de maan, heeft in dit gebied de zon de vorm van een sikkel. Deze bijschaduw ontstaat dus doordat de zon geen puntlichtbron is, maar een uitgestrekte lichtbron. Ook op aarde kun je bijschaduwen rond de schaduwen van voorwerpen zien. Let er eens op buiten. Voorwerpen die relatief ver van hun schaduw verwijderd zijn lijken grotere bijschaduwen te hebben dan voorwerpen die vlakbij hun schaduw zijn.

De bijschaduw van de aarde zelf strekt zich wel oneindig ver uit, hoewel oneindig ver weg de aarde natuurlijk maar een heel klein deel van de zon bedekt, dus de lichtafname in deze bijschaduw is vrijwel nihil. De bijschaduw van de aarde gaat geleidelijk over in de schaduw en in het schaduwvrije gebied.

Fasen van een maansverduistering

De verschillende fasen tijdens een maansverduistering zijn getekend in de figuur rechts. De fasen zijn:

De verschillende fasen van een totale maansverduistering, waarvan de tijden vooraf vermeld worden voor een bepaalde verduistering.

• P1: de maan raakt de ringvormige bijschaduw. Dit is niet te zien.
• U1: de maan raakt de centrale schaduw. Op dit moment begint de gedeeltelijke verduistering. De maan lijkt nu vol, en de rand van de maan het dichtst bij de schaduw is iets donkerder.
• U2: de maan is net geheel verduisterd, en kleurt (meestal) roestbruin
• U3: het einde van de totale verduistering. De tweede gedeeltelijke verduistering begint
• U4: de tweede gedeeltelijke verduistering eindigt.
• P2: de maan raakt de buitenrand van de ringvormige bijschaduw.

Voor het geval je het je afvroeg: P staat voor penumbral, en U voor umbral. Penumbra en umbra zijn Latijn voor respectievelijk bijschaduw en schaduw.

Er zijn dus drie soorten maansverduisteringen: de maan in de bijschaduw, de maan gedeeltelijk in de schaduw, en de maan geheel in de hoofdschaduw. Een totale maansverduistering bestaat uit alle drie soorten en is het meest interessant om waar te nemen. Bij een gedeeltelijke maansverduistering gaat de maan niet geheel in de hoofdschaduw (de fasen U2 en U3 gebeuren niet). Een bijschaduwverduistering gebeurt wanneer de maan alleen door de bijschaduw beweegt (dus geen van de fasen U1 t/m U4 gebeurt). Dit soort verduistering is vrijwel niet te zien, zeker niet als de maan niet geheel in de bijschaduw komt, en weinig waarnemers nemen hiervoor de moeite.

Een bijschaduwverduistering is erg moeilijk om te zien. Als je goed naar bovenstaande foto kijkt zie je dat de maanrand linksboven iets donkerder is. De maan was ongeveer 75% van zijn diameter in de bijschaduw toen de foto genomen werd.

Fotografie

Er zijn een aantal interessante mogelijkheden voor fotografie van maansverduisteringen. Als je mooie foto's wilt hebben van de verduisterde maan heb je een telescoop nodig, of tenminste een opstelling die de camera met de sterren (liever: de maan zelf) mee beweegt. Zeker als de maan vrij donker wordt tijdens de totaliteit kun je lange tijdopnamen van enkele minuten moeten maken, en de maan en sterren bewegen in die tijd aanzienlijk (de maan beweegt met ongeveer 14,5^o per uur, en de sterren ongeveer met 15^o per uur).

Je hebt ook een lange telelens nodig om de maan redelijk groot op de foto te krijgen. 500mm brandpuntsafstand is wel het minimum; 1000mm is beter. Hoe langer de telelens is die je gebruikt, des te beter moet de camera de maanbeweging volgen.

Gebruik diafilm, of een digitale spiegelreflex. Voor filmgevoeligheid is 800 of 1600 ISO het meest optimaal voor de totaliteit, en 100 ISO voor de gedeeltelijke en bijschaduwverduistering.

Voor de gedeeltelijke fasen heb je geen volginrichting voor de camera nodig, hoewel dit het werk wel vergemakkelijkt. Als de camera met de maan meebeweegt maak je niet alleen scherpere foto's, je hebt ook meer tijd om je aandacht op andere zaken te richten. De camera moet evengoed stevig gemonteerd zijn, en je moet een draadontspanner gebruiken. Voor opnamen langer dan ongeveer 1/4 seconde moet je bij voorkeur ook een zwarte kaart gebruiken om "af te zwaaien". De trillingen van de opklappende spiegel in een spiegelreflex camera zijn namelijk al genoeg om de foto onscherp te maken. Als je tijdens het openen en sluiten van de sluiter een stuk zwart karton voor de lens houdt worden de foto's veel scherper.

Het moeilijkste bij een maansverduistering is het schatten van de juiste belichtingstijd, hoewel je dit probleem minder hebt als je een digitale camera gebruikt. De maan kan sterk variëren in helderheid, afhankelijk van de afstand tot de aarde (de maanbaan is elliptisch), waterdamp en stof in de atmosfeer, en de hoogte van de maan boven de horizon. De helderheid van de totaliteit varieert ook intrinsiek omdat de atmosfeer van de aarde niet altijd even transparant is voor het rode zonlicht. Deze helderheid wordt gegeven door de zogenaamde Danjon schaal:

• L=0 maan zeer donker, vrijwel onzichtbaar
• L=1 maan donkerbruin, detail op de maan niet te zien
• L=2 roestbruine kleur met donker centraal gedeelte van de schaduw. De rand hiervan kan vrij helder blauwig zijn
• L=3 heldere oranjebruine verduistering met donkerder centraal gedeelte, en zeer heldere rand
• L=4 zeer heldere oranje kleur van schaduw

Tenzij recentelijk een grote vulkaanuitbarsting heeft plaatsgevonden kun je het beste uitgaan van L=2 of L=3, van te voren, en de camera zo instellen. Je hoeft dan alleen deze instellingen te wijzigen als de maan toch donkerder of lichter blijkt te zijn. Hou er overigens rekening mee dat de maan ook helderder is als deze dicht aan de rand van de schaduwzone staat en donkerder als hij diep in de schaduw beweegt.

De tabel hieronder geeft indicaties van de juiste belichtingstijden voor verschillende fasen van de maan en maansverduistering. Let wel: dit is slechts een indicatie. Meestal zijn de waarden wel binnen een stop nauwkeurig, maar je moet beslist je opnamen "bracketen", wat inhoudt dat je opnamen met een kortere en langere belichtingstijd (of diafragma) maakt om de kans te vergroten dat je een succesvolle opname maakt.

ISO	f-stop
100	2.8	4	5.6	8	11	16	22
200	4	5.6	8	11	16	22	32
400	5.6	8	11	16	22	32	44
800	8	11	16	22	32	44	64
1600	11	16	22	32	44	64	88
3200	16	22	32	44	64	88	128

Maanschijngestalte	Belichtingstijd
Asgrauwe licht	1 min	2 min	4 min	8 min	15 min	30 min	60 min
Sikkel	1/500	1/250	1/125	1/60	1/30	1/15	1/8
Eerste/laatste kwartier	1/1000	1/500	1/250	1/125	1/60	1/30	1/15
Dikke maan	1/2000	1/1000	1/500	1/250	1/125	1/60	1/30
Volle maan	1/4000	1/2000	1/1000	1/500	1/250	1/125	1/60
Gedeeltelijke verduistering - fase 0.50 - fase 0.30 - fase 0.20 - fase 0.10 - fase 0.05	1/2000 1/1000 1/500 1/250 1/125	1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60	1/500 1/250 1/125 1/60 1/30	1/250 1/125 1/60 1/30 1/15	1/125 1/60 1/30 1/15 1/8	1/60 1/30 1/15 1/8 1/4	1/30 1/15 1/8 1/4 1/2
Totale verduistering - L=4 - L=3 - L=2 - L=1 - L=0	1/2 2 8 30 2 min	1 4 15 1 min 4 min	2 8 30 2 min 8 min	4 15 1 min 4 min 15 min	8 30 2 min 8 min 30 min	15 1 min 4 min 15 min 1 uur	30 2 min 8 min 30 min 2 uur

[Belichtingstijden voor verschillende schijngestalten van de maan en fasen van een maansverduistering. De tijden zijn in seconden tenzij anders aangegeven. Een gedeelte van deze tabel is gebaseerd op de data van Fred Espenak.]

Een gedeeltelijke maansverduistering waarin goed te zien is hoe sterk het licht afneemt in de bijschaduw dichter naar de schaduw toe.

Gebruik deze tabel als volgt: kies eerst de filmgevoeligheid, en dan het diafragmagetal (omdat deze waarde meestal door de lens gelimiteerd wordt wegens de lange brandpuntsafstand). Vervolgens ga je voor die bepaalde combinatie van ISO en f-stop getal recht naar beneden in de tweede tabel, en lees je bij het onderwerp in kwestie de belichtingstijd af.

Behalve voor het asgrauwe licht, zijn belichtingstijden langer dan 4 minuten niet erg praktisch, omdat de maan weliswaar langzaam door de aardschaduw beweegt maar niet zo langzaam dat je genoeg tijd hebt voor zulke opnamen. Het asgrauwe licht en de verschillende maanschijngestalten in de tabel hebben overigens niet veel te maken met maansverduisteringen maar ik heb ze in de tabel gezet ter compleetheid. Ikzelf heb deze tabel op karton afgeprint en waterdicht gemaakt met afplakfolie, en heb hem altijd bij me in mijn fotografiekoffer.

Andere dingen die je kunt proberen te fotograferen zijn:

• Fotografeer de maan tussen de sterren met een iets kortere lens, bijvoorbeeld 135mm.

• Maak landschap-maan dubbelopnamen.

• Maak een multiopname van de verschillende verduisteringsfasen op één foto, met de camera vast op een statief (niet de maan volgend). Door de aardrotatie beweegt de maan zo langzaam door het camerabeeld.

• Doe hetzelfde als boven met de multiopname, maar zet nu de camera wel op de volginrichting, laat deze op de sterren volgen (niet de maan) en maak een stuk of 5 foto's, met ongeveer 1 uur tussen de opnamen. Je volgt op deze manier het tegenzonnepunt, en de maan beweegt zo langzaam naar links in het beeld door de aardschaduw heen. Als je vaker foto's neemt zal de maan met zichzelf overlappen; de eigenbeweging van de maan is ongeveer zijn eigen diameter (ca. 30 boogminuten) per uur naar het oosten.

Over de gedeeltelijke fase valt nog wat te zeggen. Het is niet zo dat je een foto moet belichten afhankelijk van hoeveel de maan nog verlicht is. De belichtingstijd schaalt hier namelijk niet lineair mee. In de smalle bijschaduw varieert de maan aanzienlijk in helderheid, dus je moet de belichtingstijd gebruiken voor het gebied in de bijschaduw waar je de maan goed belicht wilt hebben. De magnitude van de bijschaduwverduistering (het gedeelte van de diameter van de maan dat nog buiten de schaduw is) staat weergegeven in de tabel, samen met de juiste belichtingstijd.

Ik heb deze waarden numeriek met de computer berekend. De numerieke simulatie hield rekening met de grootte van de zonneschijf en de aarde om de lichtafname als functie van de magnitude ('fase', niet te verwarren met de fase van de maansverduistering zelf) van verduistering uit te rekenen. Fase 0,0 komt overeen met het gebied van de bijschaduw dat tegen de schaduw aan zit; fase 1,0 komt overeen met de buitenste rand van de bijschaduw, en is dus in feite de helderheid van de gewone volle maan.

De afname in belichtingsstops als functie van de magnitude van de bijverduistering. De afname in stops is relatief ten opzichte van een f-stop-verschil van 0 met de volle maan (fase 1.0). Ongeveer halverwege in de bijschaduwring is de afname 1 stop, dus de belichtingstijd moet tweemaal zo lang zijn ten opzichte van de volle maan.

De magnitude ofwel het fasegetal schaalt lineair met de afstand (straal) in de bijschaduw. In de grafiek kun je zien dat het midden van de bijschaduwring ongeveer 1 stop lichtafname geeft, wat logisch is want op deze plaats is de zon ongeveer half door de aarde bedekt. Dat betekent dus dat in dit gebied je de maan tweemaal zo lang moet belichten als de volle maan. In de tabel heb ik deze data voor het gemak in belichtingstijd uitgedrukt. Het figuur naast de grafiek toont de bijschaduwring en de richting waarin de magnitude of het fasegetal toeneemt ter illustratie.

Zoals gezegd varieert de maan sterk in helderheid (vele stops) in de bijschaduw. Het is daarom onmogelijk om de hele maan in de bijschaduw goed belicht te krijgen. De data is echter zeer nuttig als je de belichtingstijd wilt weten voor de bijna geheel verduisterde maan, waarbij nog een dunne rand (bijvoorbeeld 1/10 van de diameter) buiten de schaduw in de bijschaduw zit, en je wilt dit deel niet al te erg overbelicht hebben.