Hast du dich jemals gefragt, warum wir Tag und Nacht haben? Oder warum sich die Jahreszeiten abwechseln, mal ist es warm und sonnig, mal kalt und dunkel? Die Antworten auf diese Fragen liegen im faszinierenden Zusammenspiel unserer Erde mit der Sonne und dem Mond. Es ist wie ein kosmisches Ballett, bei dem jede Bewegung ganz bestimmte Auswirkungen auf unser Leben hier unten hat. Wir werden uns die wichtigsten "Tanzschritte" anschauen und verstehen, wie sie unseren Alltag prägen.
Eine gute visuelle Zusammenfassung der wichtigsten Phänomene findest du im "Arbeitsdossier - Woche 6" auf den Seiten 3 und 4.
Unsere Erde ist ein ziemlich aktiver Planet. Sie führt zwei grundlegende Bewegungen aus:
Der absolute Clou für viele Phänomene ist die Neigung der Erdachse. Die Achse, um die sich die Erde dreht, steht nicht senkrecht auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne, sondern ist um 23,5 Grad gekippt. Und ganz wichtig: Diese Schrägstellung behält die Erde während ihres gesamten Sonnenumlaufs bei – sie zeigt also immer in dieselbe Richtung im Weltall (man nennt das Achsenparallelität).
Prüfungsfrage (aus PHZH Musterfragen, Frage 1b): Erklären Sie die Begriffe Erdumlaufbahn, Erdrotation und Neigung der Erdachse, und schildern Sie die Phänomene, welche sich ableiten lassen.
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin:
Eine visuelle Hilfe hierzu bieten die Schemata in "Revolution der Erde und ihre Folgen", Seite 2 bis 8.
Die Erdrotation ist verantwortlich für den täglichen Wechsel von Hell und Dunkel. Dabei müssen wir zwei Begriffe unterscheiden:
Prüfungsfrage (aus Arbeitsdossier Woche 6, S.8): Wie unterscheiden sich Sonnen- und Sternentag?
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Der Sonnentag ist die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Höchstständen der Sonne an einem Ort und beträgt 24 Stunden. Für einen Sonnentag muss sich die Erde etwas mehr als 360 Grad drehen, da sie sich während ihrer Rotation auch auf ihrer Bahn um die Sonne weiterbewegt. Der Sternentag hingegen ist die Zeit, die die Erde für eine exakte 360-Grad-Drehung relativ zu den Fixsternen benötigt. Er dauert 23 Stunden und 56 Minuten und ist damit kürzer als der Sonnentag.
Ein häufiger Irrtum ist, dass die Jahreszeiten entstehen, weil die Erde mal näher und mal weiter von der Sonne entfernt ist. Das stimmt so nicht! Der Hauptgrund für Frühling, Sommer, Herbst und Winter ist die konstante Neigung der Erdachse um 23,5 Grad während ihres Umlaufs um die Sonne.
Dadurch passiert Folgendes:
Der Einstrahlungswinkel der Sonnenstrahlen und die Einstrahldauer (Tageslänge) sind also entscheidend für die Erwärmung der Erdoberfläche.
Vier besondere Tage markieren den Wechsel der Jahreszeiten:
| Datum (ca.) | Ereignis | Sonnenstand im Zenit | Besonderheit Nordhalbkugel |
|---|---|---|---|
| 21. März | Frühlings-Tagundnachtgleiche (Äquinoktium) | Äquator (0°) | Tag und Nacht ca. 12 Stunden lang |
| 21. Juni | Sommersonnenwende (Solstitium) | Nördlicher Wendekreis (23,5°N) | Längster Tag, kürzeste Nacht |
| 23. September | Herbst-Tagundnachtgleiche (Äquinoktium) | Äquator (0°) | Tag und Nacht ca. 12 Stunden lang |
| 21. Dezember | Wintersonnenwende (Solstitium) | Südlicher Wendekreis (23,5°S) | Kürzester Tag, längste Nacht |
Diese Zusammenhänge sind sehr anschaulich im "Arbeitsdossier - Woche 6" auf Seite 3 und in den Grafiken des Dokuments "Revolution der Erde und ihre Folgen" auf den Seiten 3-7 dargestellt.
Prüfungsfrage (aus Arbeitsdossier Woche 6, S.5): Am Äquator steht mittags um 12.00 die Sonne an jedem Datum im Zenit (senkrecht über dem Beobachter).
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Diese Aussage ist falsch. Die Sonne steht am Äquator nur zweimal im Jahr mittags im Zenit, nämlich während der Frühlings-Tagundnachtgleiche (um den 21. März) und der Herbst-Tagundnachtgleiche (um den 23. September). An den anderen Tagen wandert der Zenitstand der Sonne zwischen dem nördlichen und dem südlichen Wendekreis.
Prüfungsfrage (aus Übungsaufgaben Serie 3, Frage 1c): Worum handelt es sich beim Sommersolstitium?
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Beim Sommersolstitium, auch Sommersonnenwende genannt, erreicht die Sonne auf der jeweiligen Hemisphäre ihren höchsten Stand über dem Horizont. Auf der Nordhalbkugel findet dies um den 21. Juni statt. An diesem Tag steht die Sonne mittags am nördlichen Wendekreis (23,5° nördlicher Breite) im Zenit. Für uns auf der Nordhalbkugel ist dies der längste Tag des Jahres und markiert den astronomischen Sommeranfang.
Durch die unterschiedliche Sonneneinstrahlung im Jahresverlauf entstehen verschiedene Beleuchtungs- oder Klimazonen:
Eine gute Zusammenfassung der Beleuchtungszonen mit ihren Merkmalen findest du im "Arbeitsdossier - Woche 6" auf Seite 4 und im Dokument "Revolution der Erde und ihre Folgen" auf Seite 8.
Prüfungsfrage (aus Arbeitsdossier Woche 6, S.5): Die Besonderheit der Polarkreise (diese liegen ca. auf 66°30’ N / S) ist, dass dort die Sonne im Jahresverlauf genau einmal nicht untergeht (= Polartag)- und einmal nicht aufgeht (Polarnacht).
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Diese Aussage ist korrekt. Genau an den Polarkreisen gibt es einen Tag im Jahr, an dem die Sonne 24 Stunden lang scheint (Polartag zur jeweiligen Sommersonnenwende) und einen Tag, an dem sie 24 Stunden lang nicht aufgeht (Polarnacht zur jeweiligen Wintersonnenwende).
Unsere Zeitmessung ist eng mit den Erdbewegungen verknüpft.
Da ein Umlauf der Erde um die Sonne nicht genau 365 Tage, sondern etwa 365,25 Tage dauert, würde sich unser Kalender sonst langsam verschieben. Deshalb gibt es alle vier Jahre ein Schaltjahr mit einem zusätzlichen Tag, dem 29. Februar (mit Ausnahmen bei vollen Jahrhunderten, die nicht durch 400 teilbar sind).
Prüfungsfrage (aus Arbeitsdossier Woche 6, S.8): Was/wann ist ein Schaltjahr?
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Ein Schaltjahr ist ein Jahr, das einen zusätzlichen Tag, den 29. Februar, enthält. Es tritt in der Regel alle vier Jahre auf. Der Grund dafür ist, dass das astronomische Jahr, also die Zeit, die die Erde für einen Umlauf um die Sonne benötigt, etwa 365,25 Tage dauert. Um diese Vierteltage auszugleichen und den Kalender mit dem Sonnenlauf synchron zu halten, wird ein Schalttag eingefügt. Eine Ausnahme bilden Jahre, die durch 100 teilbar sind, es sei denn, sie sind auch durch 400 teilbar (z.B. 2000 war ein Schaltjahr, 1900 nicht).
Die wahre Ortszeit richtet sich direkt nach dem Sonnenstand: Wenn die Sonne am höchsten steht, ist es 12 Uhr mittags. Das bedeutet, dass jeder Ort auf einem anderen Längengrad eine leicht andere Ortszeit hat. Um das Chaos zu vermeiden, wurden Zeitzonen eingeführt. Das sind Bereiche (oft 15° Längengrade breit), in denen eine einheitliche Uhrzeit gilt, die sich nach einem sogenannten Mittelmeridian richtet. Für uns in der Schweiz (und Mitteleuropa) ist das meist der 15. östliche Längengrad für die Mitteleuropäische Zeit (MEZ).
Prüfungsfrage (aus Arbeitsdossier Woche 6, S.8): Was ist der Unterschied zwischen Orts- und Zonenzeit (Uhr)?
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Die Ortszeit ist die astronomisch korrekte Zeit für einen bestimmten Längengrad, die durch den Sonnenstand definiert wird (Sonnenhöchststand = 12 Uhr mittags). Jeder Längengrad hat also eine eigene Ortszeit. Die Zonenzeit ist eine vereinheitlichte Zeit, die für ein grösseres geografisches Gebiet (eine Zeitzone, z.B. die MEZ-Zone) gilt. Sie orientiert sich an einem Mittelmeridian innerhalb dieser Zone. Dadurch haben alle Orte innerhalb einer Zeitzone die gleiche Uhrzeit, auch wenn ihre wahre Ortszeit leicht davon abweicht.
Prüfungsfrage (aus Arbeitsdossier Woche 6, S.8): Welches ist die wahre Ortszeit von Zürich (Sonnenstand), wenn auf der Uhr 12.00 (Zonenzeit) steht?
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Zürich liegt bei etwa 8,5° östlicher Länge. Die Zonenzeit (MEZ) bezieht sich auf den 15. östlichen Längengrad. Zürich liegt also 15° - 8,5° = 6,5° westlicher als der Mittelmeridian. Da 1° Längenunterschied etwa 4 Minuten Zeitunterschied bedeutet, ist die wahre Ortszeit in Zürich 6,5 * 4 Minuten = 26 Minuten früher als die Zonenzeit. Wenn es also 12:00 Uhr Zonenzeit ist, ist die wahre Ortszeit in Zürich erst 11:34 Uhr. Die Sonne hat ihren Höchststand also noch nicht erreicht.
Die Lösung im Dossier gibt 11.32 Uhr an, was einen leicht anderen Längengrad oder eine Rundung beinhaltet (7° Differenz x 4 Min = 28 Min -> 11:32 Uhr). Das Prinzip ist aber dasselbe.
Der Mond umkreist die Erde und beeinflusst sie vor allem durch seine Anziehungskraft, die zusammen mit der Anziehungskraft der Sonne die Gezeiten – Ebbe und Flut – verursacht.
So funktioniert's:
Da sich die Erde unter diesen Wasserbergen hindurchdreht, erleben die meisten Küstenorte etwa zweimal täglich Flut und zweimal täglich Ebbe.
Auch die Sonne spielt eine Rolle, aber ihre Anziehungskraft auf die Gezeiten ist nur etwa halb so stark wie die des Mondes.
Eine detaillierte Erklärung mit Skizzen zur Entstehung der Gezeiten und der Aufgabe dazu findest du im "Arbeitsdossier - Woche 6" auf Seite 9.
Prüfungsfrage (aus Übungsaufgaben Serie 3, Frage 1b): Erklären Sie die Begriff Ekliptik.
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Die Ekliptik ist die Ebene, in der die Erde und die meisten anderen Planeten unseres Sonnensystems die Sonne umkreisen. Aus der Perspektive eines Beobachters auf der Erde ist die Ekliptik die scheinbare jährliche Bahn, die die Sonne vor dem Hintergrund der Fixsterne am Himmel beschreibt. Die Erdachse ist um 23,5 Grad gegenüber der Senkrechten zu dieser Ekliptikebene geneigt.
Das Verständnis dieser himmlischen Bewegungen und ihrer Folgen ist nicht nur spannend, sondern auch grundlegend, um viele geografische Muster und Prozesse auf unserer Erde zu verstehen!