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Gymnasium 7 · Physik
Optik und Astronomie in Klasse 7 · Jahreszeiten

Erdachsenneigung und Jahreszeiten

Im Juli gehst du in Köln im T-Shirt ins Freibad, im Dezember brauchst du Mütze und Handschuhe. Dabei ist die Erde im Januar der Sonne sogar ein kleines Stück näher als im Juli. Woher kommen die Jahreszeiten also wirklich? Am Ende der Seite löst du dieses Rätsel.

Die geneigte Erdachse

Die Erde bewegt sich in einem Jahr (etwa 365 Tage) einmal auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne. Gleichzeitig dreht sie sich in 24 Stunden einmal um ihre eigene Achse (Rotation). Das ergibt Tag und Nacht.

Die Erdachse steht nicht senkrecht auf der Bahnebene. Sie ist um etwa $23{,}5^{\circ}$ gegen die Senkrechte geneigt. Wichtig: Die Achse zeigt dabei während des ganzen Umlaufs immer in dieselbe Richtung, nämlich ungefähr zum Polarstern.

Die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne: Die Erdachse zeigt an allen vier Stellen in dieselbe Richtung. Sonne NS NS NS NS 21. März 23. September 21. Juni 21. Dezember zum Polarstern Erdachse: immer gleiche Richtung

Die Neigung bewirkt: Mal ist die Nordhalbkugel der Sonne zugeneigt, mal ist sie von ihr abgewandt. Auf der Südhalbkugel ist es genau umgekehrt.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Nenne den Winkel, um den die Erdachse gegen die Senkrechte auf der Bahnebene geneigt ist, und gib an, wie lange die Erde für einen Umlauf um die Sonne braucht.

Nenne den Winkel, um den die Erdachse gegen die Senkrechte auf der Bahnebene geneigt ist, und gib an, wie lange die Erde für einen Umlauf um die Sonne braucht.

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Die vier Jahreszeiten

Auf der Nordhalbkugel gilt:

Jahreszeit Monate Beginn
Frühling März, April, Mai um den 21. März (Tag-und-Nacht-Gleiche)
Sommer Juni, Juli, August um den 21. Juni (Sommersonnenwende)
Herbst September, Oktober, November um den 23. September (Tag-und-Nacht-Gleiche)
Winter Dezember, Januar, Februar um den 21. Dezember (Wintersonnenwende)

Zur Sommersonnenwende ist die Nordhalbkugel der Sonne am stärksten zugeneigt: Der Tag ist am längsten (in Deutschland etwa 16 bis 17 Stunden). Zur Wintersonnenwende ist es umgekehrt: Der Tag ist am kürzesten (etwa 8 Stunden). Bei den Tag-und-Nacht-Gleichen sind Tag und Nacht überall auf der Erde gleich lang, nämlich je 12 Stunden.

Auf der Südhalbkugel sind die Jahreszeiten vertauscht: Wenn bei uns Sommer ist, ist dort Winter.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Nenne die vier Jahreszeiten auf der Nordhalbkugel mit je zwei Monaten.

Nenne die vier Jahreszeiten auf der Nordhalbkugel mit je zwei Monaten.

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Üben★☆☆Nicht begonnen
Wann ist der Tag in Deutschland am längsten und wann am kürzesten?

Wann ist der Tag in Deutschland am längsten und wann am kürzesten?

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Üben★★☆Nicht begonnen
Wenn in Deutschland Sommer ist, ist in Australien Winter. a) Erkläre das mit der Neigung der Erdachse. b) Welche Jahreszeit herrscht in Sydney im Dezember?

Wenn in Deutschland Sommer ist, ist in Australien Winter.

  1. a) Erkläre das mit der Neigung der Erdachse.
  1. b) Welche Jahreszeit herrscht in Sydney im Dezember?
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Warum ist es im Sommer wärmer?

Zwei Dinge hängen zusammen:

  1. Sonnenstand und Einfallswinkel. Im Sommer steht die Sonne mittags hoch am Himmel. Das Licht fällt steil auf den Boden. Im Winter steht sie tief, das Licht fällt flach ein.

  2. Tageslänge. Im Sommer scheint die Sonne länger, der Boden wird länger erwärmt und kühlt nachts weniger aus.

Warum erwärmt steiles Licht stärker? Ein Lichtbündel bringt immer dieselbe Energie mit. Fällt es senkrecht ein, verteilt sie sich auf eine kleine Fläche. Fällt es flach ein, verteilt sich dasselbe Bündel auf eine größere Fläche. Auf jedem Quadratmeter kommt dann weniger an.

Dasselbe Lichtbündel trifft senkrecht auf eine kleine Fläche und schräg auf eine große Fläche. kleine Fläche: Sommer große Fläche: Winter

Der wärmste Monat ist nicht der Juni, sondern Juli oder August. Nach dem längsten Tag nimmt die Energiezufuhr zwar langsam ab, solange sie aber größer ist als die nächtliche Abkühlung, speichern Boden, Luft und Meer weiter Wärme. Die Erde „hinkt“ der Sonne hinterher. Entsprechend ist es nach dem kürzesten Tag noch etwa einen Monat lang kälter.

Üben★★☆Nicht begonnen
Erkläre, warum es im Sommer in Deutschland wärmer ist als im Winter. Gehe auf den Einfallswinkel des Sonnenlichts und die Tageslänge ein.

Erkläre, warum es im Sommer in Deutschland wärmer ist als im Winter. Gehe auf den Einfallswinkel des Sonnenlichts und die Tageslänge ein.

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Üben★★★Nicht begonnen
Ein Lichtbündel mit der Querschnittsfläche $A$ trifft senkrecht auf eine Fläche. Trifft es unter einem flachen Winkel, verteilt sich dasselbe Bündel auf eine größere…

Ein Lichtbündel mit der Querschnittsfläche $A$ trifft senkrecht auf eine Fläche. Trifft es unter einem flachen Winkel, verteilt sich dasselbe Bündel auf eine größere Fläche.

  1. a) Erkläre damit, warum die Mittagssonne im Sommer stärker erwärmt als im Winter.
  1. b) Erkläre, warum die Sonne im Sommer um Mittag höher am Himmel steht als im Winter.
  1. c) Erkläre, warum es nach dem längsten Tag noch etwa einen Monat lang wärmer wird.
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Entfernung zur Sonne und die Polarkreise

Das Rätsel vom Anfang: Der Entfernungsunterschied beträgt etwa $152 - 147 = 5$ Mio. km. Bezogen auf 147 Mio. km sind das $\frac{5}{147} \approx 0{,}034$, also rund 3 %. Das ist sehr wenig und kann den Unterschied zwischen Hitze und Frost nicht erklären. Außerdem wäre es dann überall auf der Erde gleichzeitig Sommer.

Die Neigung der Achse erklärt auch die Extreme an den Polen. Die Polarkreise liegen bei etwa $66{,}5^{\circ}$ nördlicher und südlicher Breite. Zur Sommersonnenwende (21. Juni) ist der Nordpol der Sonne zugeneigt. Nördlich des Nordpolarkreises geht die Sonne dann 24 Stunden lang nicht unter: Polartag („Mitternachtssonne“). Zur selben Zeit herrscht südlich des Südpolarkreises Polarnacht: Die Sonne geht nicht auf.

Erde zur Sommersonnenwende: Das Licht kommt von links, der Nordpol liegt im beleuchteten Bereich. Polarkreis Polartag Sonnenlicht Nordpol Südpol
Üben★★☆Nicht begonnen
Die Erde ist im Januar der Sonne etwas näher (etwa 147 Mio. km) als im Juli (etwa 152 Mio. km). a) Begründe, warum der Abstand nicht die Ursache der Jahreszeiten sein…

Die Erde ist im Januar der Sonne etwas näher (etwa 147 Mio. km) als im Juli (etwa 152 Mio. km).

  1. a) Begründe, warum der Abstand nicht die Ursache der Jahreszeiten sein kann.
  1. b) Wie viel Prozent beträgt der Unterschied der Entfernungen ungefähr (bezogen auf 147 Mio. km)?
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Üben★★★Nicht begonnen
Beschreibe, was am nördlichen Polarkreis und nördlich davon zur Sommersonnenwende (21. Juni) beobachtet wird (Polartag). Begründe mit der Erdachsenneigung und der…

Beschreibe, was am nördlichen Polarkreis und nördlich davon zur Sommersonnenwende (21. Juni) beobachtet wird (Polartag). Begründe mit der Erdachsenneigung und der Stellung der Erde zur Sonne.

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Üben★★★Nicht begonnen
Angenommen, die Erdachse stünde senkrecht auf der Bahnebene. a) Beurteile, ob es dann noch Jahreszeiten gäbe. b) Wie wäre die Tageslänge in Hamburg über das Jahr? c) Wie…

Angenommen, die Erdachse stünde senkrecht auf der Bahnebene.

  1. a) Beurteile, ob es dann noch Jahreszeiten gäbe.
  1. b) Wie wäre die Tageslänge in Hamburg über das Jahr?
  1. c) Wie würde sich der Sonnenstand zu Mittag über das Jahr verändern?
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Auf einen Blick

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