1.6  Die scheinbare Bewegung der Sonne

1.6.1  Das Jahr als Zeiteinheit

Die Zeit, in der die Sonne in ihrer scheinbaren Bewegung an der Sphäre den vollen Umlauf von 360° (vom Frühlingspunkt g bis wieder zum Frühlingspunkt g) durchläuft, heißt ein tropisches Jahr (griechisch: tropos=die Wendung).

1 tropisches  Jahr  = 365,242199  mittlere  Sonnentage = 366,242199  Sterntage

Unser Kalenderjahr besteht erfahrungsgemäß aus einer Anzahl von ganzen Tagen. Um ein Auseinanderlaufen von Kalenderjahr und tropischem Jahr zu verhindern, werden nach einer differenzierten Schaltregel Schalttage hinzugefügt. Manchmal gleicht die Astronomie Unregelmäßigkeiten der Erdrotation noch zusätzlich mit Schaltsekunden aus.

Die Schaltregel besagt, wenn die Jahreszahl durch 4 ohne Rest teilbar ist, wird im Februar der 366. Tag angehängt. Der Schalttag fällt jedoch aus in allen durch 100 ohne Rest teilbaren Jahren, mit Ausnahme der Jahre, die durch 400 ohne Rest teilbar sind.

1.6.2  Die Jahreszeiten

Der Wechsel der Jahreszeiten tritt ein, weil die Rotationsachse der Erde nicht senkrecht auf der Ebene der Erdbahn steht und die Erde bei ihrem Jahresumlauf um die Sonne ihre Achsenrichtung im Raum beibehält. Als Ekliptik bezeichnet man denjenigen Großkreis, den die Ebene der Erdbahn an der Sphäre ausschneidet.

Die Äquatorebene der Erde liegt zweimal im Jahr so, dass sie durch den Sonnenmittelpunkt geht. Zu diesen Zeitpunkten steht die Sonne von der Erde aus gesehen in den Schnittpunkten von Himmelsäquator und Ekliptik. Der Schnittpunkt im Tierkreiszeichen der Fische heißt Frühlingspunkt g, der andere ist der Herbstpunkt. Die Sonne hat hier die Deklination 0°, sie geht genau im Osten auf und im Westen unter, d.h. es besteht Tag- und Nachtgleiche (Äquinoktium). Unser Kalender zeigt i.a. den 21. März (Frühlingsanfang) bzw. den 23. September (Herbstanfang).

Vom Frühlingspunkt aus steigt die Sonne in der Ekliptik zu größeren Deklinationen bis sie ihren höhsten Punkt von +23,5° erreicht. Dann sinkt sie zum Äquator und weiter bis zur Deklination -23,5°. Diese Extremwerte der Deklination ereignen sich zur Zeit der Sonnenwende (Solstitium), also zeigt unser Kalender i.a. den 21. Juni (Sommeranfang) bzw. den 22. Dezember (Winteranfang). Zu diesen Zeitpunkten kulminiert die Sonne für einen Beobachter auf dem nördlichen bzw. südlichen Wendekreis im Zenit. Die Wendekreise sind dem Erdäquator parallele Kreise auf der Erdkugel mit den geographischen Breiten +23,5° (Wendekreis des Krebses) bzw. -23,5° (Wendekreis des Steinbocks).

1.6.3  Kulminationshöhe der Sonne und Auswirkungen

Welche obere Kulminationshöhe erreicht die Sonne in Bamberg ? (für Bamberg gilt j = 49,9°)

Die Kulminationshöhe der Sonne kann zwischen

h1 = 90°-j+23,5° , d.h.  für  Bamberg  h1 = 63,6°  und h2 = 90°-j-23,5° , d.h.  für  Bamberg  h2 = 16,6°  liegen.

Welche Auswirkungen hat dieses für die Sonneneinstrahlung ?

Im Hochsommer verteilt sich ein Strahlenbündel der Querschnittsfläche 1 m² auf der Erdoberfläche in Bamberg um Mittag auf eine Erdfläche von

1 m2 sin63,6° = 1,12 m2 .

Im Winter verteilt es sich auf die Fläche

1 m2 sin16,6° = 3,50 m2 .

Ein (gleich großes) waagrechtes Stück Erdoberfläche erhält also im Winter weniger als ein Drittel der Strahlungsleistung, die es im Sommer bekommt !

1.6.4  Unterschiedliche Länge von Sommer- und Winterhalbjahr

Wieso ist auf der Nordhalbkugel das Sommerhalbjahr um rund 7,5 Tage länger als das Winterhalbjahr ?

Die Anfänge der Jahreszeiten ist durch die Stellung der Erdachse bestimmt. Sie hat damit nichts zu tun ! Die Erdbahn besitzt jedoch eine elliptische Form. Wegen des 2. Keplerschen Gesetzes bewegt sich die Erde auf dieser Ellipse jedoch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Dieses bedingt die unterschiedlich langen Zeiten.

Der sonnennäheste Punkt auf dieser Bahn heißt Perihel (etwa am 2. Januar befindet sich die Erde dort), der sonnenfernste Punkt heißt Aphel (er wird etwa am 5. Juli erreicht).

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