einklich.net  > Spaß > Astronomie

06. Jan. 2007

Der Jahreslauf der Erde

Die ErdbahnDie JahreszeitenWie lang ist ein Jahr?Astronomische Jahre

Die Erdbahn

Abmessungen der Erdbahn

Die Bahn der Erde um die Sonne ist nicht, wie viele meinen, ein Kreis, sondern eine Ellipse. Sie ist aber so wenig „plattgedrückt“, dass sie wirklich fast kreisförmig ist.

Aufrechterhalten wird die Bahn durch ein ständiges Gleichgewicht von Gravitation und Trägheit („Fliehkraft“). Die Gravitation der Sonne würde die Erde gern geradewegs zu sich hinziehen, die Trägheit der Erde dagegen würde gern einfach geradeaus weiterfliegen. Der Kompromiss zwischen diesen beiden Interessen ergibt die Bahn, die die Erde schließlich entlangläuft.

Rechts siehst Du eine kleine Skizze. Die Erdbahn ist in der „langen Richtung“ nur 40000 km größer als in der kurzen. Das ist in diesen Dimensionen so gut wie nichts. (Die Größe der Sonne im Bild ist stark übertrieben, einklich dürfte sie nur 1,2 Pixel groß sein. Aber dass sie nicht genau im Mittelpunkt steht, ist Absicht!)

Fakten

Die Jahreszeiten

So entstehen die Jahreszeiten nicht

Räumen wir zunächst mal mit einem verbreiteten Irrtum auf:

Die Jahreszeiten entstehen nicht durch unterschiedlichen Abstand zwischen Erde und Sonne!

Es stimmt zwar, dass der Abstand von Erde und Sonne sich im Laufe eines Jahres ändert, weil die Erdbahn ja eine Ellipse ist und kein Kreis. Aber dass diese geringe Änderung (±1,3%) gar nichts ausmacht, kann man schon daran erkennen, dass wir der Sonne Anfang Januar am nächsten sind und Anfang Juli am fernsten!

So entstehen die Jahreszeiten

Die Erdbahn

Die Drehachse der Erde steht nicht genau senkrecht auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne. Sie ist um 23,45 Grad gekippt.

Die „Kipprichtung“ bleibt dabei (zumindest innerhalb von ein paar Jahrhunderten) immer gleich, ganz egal, auf welchem Bahnabschnitt die Erde gerade steht. Daher ist mal die Nord- und dann wieder die Südhalbkugel der Sonne zugeneigt.

Im Bild sehen wir die Erdbahn in schräger Draufsicht. Die Erdachse (rot) ändert ihre Richtung im Raum nicht. (Die Größen von Erde und Sonne sind stark übertrieben!)

Perspektivwechsel

Schauen wir uns die Sache mal aus der Sicht der Sonne an. Wir stehen auf der Sonne (wenn das ginge) und sehen durch ein großes Teleskop Richtung Erde.

Erde am 21.12.21. Dezember, 12 Uhr MEZ

Erde am 21.3.21. März, 12 Uhr MEZ

Am 23. September sieht’s ähnlich aus, nur erscheint die Erde dann zur anderen Seite geneigt.

Erde am 21.6.21. Juni, 13 Uhr MESZ

Wie lang ist ein Jahr?

Dumme Frage, oder? 365 Tage, weiß doch jedes Kind. Und wieso ist das Jahr 2004 dann 366 Tage lang? Weil’s ein Schaltjahr ist, klar. Aber wozu brauchen wir Schaltjahre? Mal ehrlich: Wer weiß es?

Der Kalender

Wir haben uns das Jahr schön eingeteilt, in Monate und Jahreszeiten. Und weil wir uns daran gewöhnt haben, soll das auch so bleiben. Die kalten Zeiten sollen im Januar und Februar stattfinden und die warmen im Juli und im August, jedenfalls hier in Europa.

Wie die Jahreszeiten entstehen, haben wir jetzt geklärt. Wann die warmen Zeiten sind, hängt also nur davon ab, welche Seite der Erde gerade der Sonne zugeneigt ist. Wenn der Nordpol zur Sonne geneigt ist, wird’s auf der Nordhalbkugel warm.

Wenn wir jetzt aber der Einfachheit halber beschließen, dass jedes Jahr 365 Tage lang zu sein hat, bekommen wir folgendes Problem:

Ein Erdumlauf um die Sonne dauert nicht genau 365 Tage, sondern ist knapp 6 Stunden länger.

Genau sind es 365,24219879 Tage, das sind 365 Tage, 5 Stunden, 48 Minuten und 46 Sekunden. Der Astronom nennt den Abstand zwischen zwei Frühlingsanfängen ein tropisches Jahr.

Sommerschiebung

Wenn wir nun ganz einfach jedes Kalenderjahr 365 Tage lang sein ließen, dann würden die Jahreszeiten jedes Jahr knapp 6 Stunden später beginnen, weil nach genau 365 Tagen die Erde ja noch nicht ganz rum ist um die Sonne. Und diese sechs Stunden machen etwas aus: Innerhalb von 400 Jahren würde unser Sommer dahin rutschen, wo jetzt der Herbst ist.

Das wäre natürlich etwas unpraktisch. Der Kalender soll den Erdumlauf um die Sonne schon einigermaßen genau wiedergeben. Damit er das tut, und zwar dauerhaft, muss man die durchschnittliche Jahrlänge etwas heraufsetzen.

Und genau das tut man mit den Schaltjahren. Das durchschnittliche Kalenderjahr wird dem tatsächlichen (tropischen) Jahr angepasst, damit die Jahreszeiten insgesamt da bleiben, wo sie hingehören.

In den Gemeinjahren zwischen den Schaltjahren (die heißen wirklich so) verschieben sich die Jahreszeiten übrigens tatsächlich um diese sechs Stunden pro Jahr! Sie werden aber durch das nächste Schaltjahr wieder „zurückgeholt“.

Als Beispiel schauen wir uns mal ein paar Frühlingsanfänge an. Der Frühlingsanfang ist ja nicht einfach ein Tag, sondern der Zeitpunkt, an dem die Sonne exakt auf den Äquator brennt, und der lässt sich auf die Sekunde genau bestimmen.

Grafik: Frühlingsanfänge
(Zeiten berechnet mit Ephemeris Tool. Angaben in UT – für MEZ eine Stunde addieren.)

Sehr schön sieht man, wie jedes Schaltjahr den driftenden Frühlingsanfang wieder auf den Teppich holt. Man sieht aber auch, dass die Jahreszeiten langsam nach links wandern – die Korrektur um einen Tag alle vier Jahre ist etwas zu stark, denn das tropische Jahr ist ja nicht ganz einen Vierteltag länger als 365 Tage. Das wird im Jahr 2100 korrigiert werden, aber dazu mehr im nächsten Abschnitt.

Der Imperator und der Papst

Der nach Julius Cäsar benannte Julianische Kalender sah einfach alle vier Jahre ein Schaltjahr vor. Mit diesem Schalttag alle 4 Jahre ist ein durchschnittliches Kalenderjahr genau 365,25 Tage lang. Das ist zwar nicht schlecht, aber leider immer noch nicht ganz genau: das Julianische Kalenderjahr ist 12 Minuten zu lang (deswegen wandern oben in der Grafik die Jahreszeiten langsam nach links!).

12 Minuten scheint zunächst mal nicht viel zu sein, aber in 5 Jahren ist das eine Stunde, in 120 Jahren ein Tag, und bis zum 16. Jahrhundert war die Verschiebung schon auf elf Tage angewachsen.

Unter Papst Gregor XIII. wurde ein neues System entwickelt, der 1582 eingeführte Gregorianische Kalender, den wir heute noch benutzen und der trotz einfacher Regeln sehr genau funktioniert. Um den bereits entstandenen Fehler von elf Tagen auszugleichen, ließ man auf den 4. Oktober 1582 direkt den 15. Oktober folgen, und ab da galt der Gregorianische Kalender. 1582 ist damit das kürzeste Kalenderjahr, das es jemals gegeben hat – 355 Tage.

Die Regeln des Gregorianischen Kalenders

Das Schöne am Gregorianischen Kalender sind, wie gesagt, die einfachen Regeln, die ohne großes Rechnen auskommen:

  1. Alle durch 4 teilbaren Jahre zwischen den vollen Jahrhunderten sind Schaltjahre.
  2. Volle Jahrhunderte sind nur dann Schaltjahre, wenn sie durch 400 teilbar sind, sonst nicht.

2000 war ein Schaltjahr, aber 1900, 1800 und 1700 waren keine, und 2100 wird auch keines sein, wenn dann der Gregorianische Kalender noch gilt (wovon man ausgehen kann).

Rechnen wir’s mal aus: Im Vergleich zum Julianischen Kalender hat der Gregorianische Kalender innerhalb von 400 Jahren drei Schaltjahre weniger. Damit ist ein Kalenderjahr durchschnittlich 365,2425 Tage lang. Das ist nur noch 27 Sekunden länger als das tropische Jahr und reicht als Genauigkeit aus – wenn’s in 3200 Jahren mal ein Tag geworden ist, wird man halt einen Kalendertag ausfallen lassen, und fertig.

Astronomische Jahre

In der Astronomie kennt man nicht nur das tropische, sondern auch noch das siderische und das anomalistische Jahr. Hier noch mal in der Übersicht:

Das tropische Jahr
kennen wir nun schon. Es ist die mittlere Zeit von einem Frühlingsanfang zum nächsten. Das ist das, was wir Erdenbewohner als „Jahr“ empfinden, nämlich ein kompletter Jahreszeitenzyklus, und damit auch die Grundlage unseres Kalenderjahres.
Länge: 365,2422 Tage.
Der Punkt des Sternhimmels, an dem die Sonne bei Frühlingsanfang steht, heißt Frühlingspunkt.
Das siderische Jahr
ist die mittlere Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden (scheinbaren) Vorübergängen der Sonne am selben Fixstern. Man könnte auch sagen, es ist die „wahre Umlaufzeit“ der Erde aus der Ferne betrachtet bzw. auf eine feste Richtung im Raum bezogen.
Länge: 365,2564 Tage.
Das siderische Jahr ist nicht mit dem tropischen Jahr identisch, da sich die Lage der Erdachse – und damit auch die des Frühlingspunktes – durch die Präzession ganz langsam verschiebt.
Das anomalistische Jahr
ist die mittlere Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen der Erde durch den sonnennächsten Punkt ihrer Bahn. Es ist damit das rein auf die Gestalt der Erdbahn bezogene Jahr, das auf Jahreszeiten keine Rücksicht nimmt.
Länge: 365,2596 Tage.
Das anomalistische Jahr ist nicht mit dem siderischen Jahr identisch, da sich die Bahnpunkte der Erdbahn (sonnenfernster und -nächster Punkt) durch den Gravitationseinfluss der anderen Planeten langsam verschieben. Die Erde läuft ja nicht auf Gleisen, sondern nur auf dem Gesamtwert aller auf sie wirkenden Kräfte und Momente ...