Erdumlauf, Erddrehung und Jahreszeiten
Im Sommer ist es in Köln abends bis nach 21 Uhr hell, im Dezember schon um 16:30 Uhr dunkel. Und wenn bei uns Winter ist, baden die Menschen in Sydney im Meer. Wie kann das sein? Die Antwort liegt in zwei Bewegungen der Erde und in der Neigung ihrer Achse.
Die Erde dreht sich: Tag und Nacht
Die Erde dreht sich um ihre eigene Achse. Das ist eine gedachte Linie vom Nordpol zum Südpol. Eine volle Drehung dauert etwa 24 Stunden.
Die Sonne beleuchtet immer nur die Hälfte der Erde. Dort ist Tag. Auf der abgewandten Seite ist Nacht. Weil sich die Erde dreht, wandert jeder Ort einmal am Tag durch die Tagseite und einmal durch die Nachtseite.
Die Erde dreht sich von Westen nach Osten. Deshalb sieht es für uns so aus, als ginge die Sonne ungefähr im Osten auf, wandert über den Himmel und gehe im Westen unter. In Wirklichkeit bewegt sich die Sonne nicht um uns herum, sondern wir drehen uns mit der Erde.
Lisa wohnt in Köln. Sie beobachtet, dass die Sonne morgens im Osten aufgeht und abends im Westen untergeht. a) Nenne die Bewegung der Erde, die dies verursacht. b) Gib…
Lisa wohnt in Köln. Sie beobachtet, dass die Sonne morgens im Osten aufgeht und abends im Westen untergeht.
- a) Nenne die Bewegung der Erde, die dies verursacht.
- b) Gib die Drehrichtung der Erde an (von Westen nach Osten oder von Osten nach Westen).
Die Erde umkreist die Sonne
Gleichzeitig bewegt sich die Erde auf einer Bahn um die Sonne. Ein voller Umlauf dauert etwa 365 Tage, also ein Jahr. Die Bahn ist fast ein Kreis.
| Bewegung | Dauer | Folge |
|---|---|---|
| Drehung um die eigene Achse | etwa 24 Stunden | Tag-Nacht-Wechsel |
| Umlauf um die Sonne | etwa 365 Tage | Wechsel der Jahreszeiten (zusammen mit der Achsneigung) |
Ordne den beiden Bewegungen der Erde die passende Dauer zu. a) Die Erde dreht sich einmal um ihre eigene Achse. b) Die Erde bewegt sich einmal um die Sonne. Zur Auswahl…
Ordne den beiden Bewegungen der Erde die passende Dauer zu.
- a) Die Erde dreht sich einmal um ihre eigene Achse.
- b) Die Erde bewegt sich einmal um die Sonne.
Zur Auswahl stehen: Dauer von etwa 24 Stunden, Dauer von etwa 365 Tagen. Gib außerdem an, ob dadurch der Tag-Nacht-Wechsel oder der Wechsel der Jahreszeiten entsteht.
Die geneigte Erdachse
Die Erdachse steht nicht senkrecht auf der Bahnebene. Sie ist um etwa 23,5° geneigt. Wichtig: Die Achse zeigt auf der ganzen Bahn immer in dieselbe Richtung, nämlich fast genau zum Polarstern.
Dadurch ist der Nordpol im Lauf des Jahres einmal zur Sonne hin und ein halbes Jahr später von ihr weg geneigt.
Die Erdachse ist gegenüber der Bahnebene der Erde um die Sonne geneigt. a) Nenne den ungefähren Wert dieser Neigung in Grad. b) Gib an, welche Jahreszeit auf der…
Die Erdachse ist gegenüber der Bahnebene der Erde um die Sonne geneigt.
- a) Nenne den ungefähren Wert dieser Neigung in Grad.
- b) Gib an, welche Jahreszeit auf der Nordhalbkugel herrscht, wenn der Nordpol zur Sonne hin geneigt ist.
Warum gibt es Jahreszeiten?
Ist der Nordpol zur Sonne geneigt, gilt auf der Nordhalbkugel:
-
Die Sonne steigt mittags hoch am Himmel. Das Licht trifft steil auf den Boden.
-
Die Tage sind länger: Ein Ort bleibt länger auf der Tagseite.
Ist der Nordpol von der Sonne weg geneigt, steht die Sonne tief, das Licht fällt flach ein, und die Tage sind kurz.
Im Modell „Erde im Sonnensystem“ wandert die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne, die Achse zeigt dabei immer in dieselbe Richtung. Im Juni ist so die Nordhalbkugel zur Sonne geneigt, im Dezember von ihr weg; im März und September liegt die Achsneigung seitlich zur Sonne und Tag und Nacht sind etwa gleich lang.
Der steile Einfall ist entscheidend: Dasselbe Licht verteilt sich auf eine kleine Fläche und erwärmt sie stark. Bei flachem Einfall verteilt es sich auf eine größere Fläche, jeder Quadratmeter bekommt weniger.
In Düsseldorf dauert der Tag am 21. Juni etwa 16,5 Stunden, am 21. Dezember etwa 8 Stunden. a) Berechne den Unterschied der Tageslängen. b) Erkläre mit der Neigung der…
In Düsseldorf dauert der Tag am 21. Juni etwa 16,5 Stunden, am 21. Dezember etwa 8 Stunden.
- a) Berechne den Unterschied der Tageslängen.
- b) Erkläre mit der Neigung der Erdachse, warum die Tage im Sommer länger sind.
- c) Gib an, ob der Tag am 21. Dezember in Sydney (Südhalbkugel) länger oder kürzer ist als in Düsseldorf, und begründe kurz.
Im Sommer steht die Mittagssonne in Nordrhein-Westfalen hoch am Himmel, im Winter niedrig. Ein Bündel Sonnenstrahlen mit 1 m² Querschnitt trifft bei steilem Einfall auf…
Im Sommer steht die Mittagssonne in Nordrhein-Westfalen hoch am Himmel, im Winter niedrig. Ein Bündel Sonnenstrahlen mit 1 m² Querschnitt trifft bei steilem Einfall auf eine Bodenfläche von 1 m². Bei flachem Einfall verteilt sich dasselbe Licht auf eine größere Fläche.
- a) Erkläre, warum es im Winter kälter ist, obwohl die Erde der Sonne im Januar etwas näher ist als im Juli.
- b) Beschreibe, wie sich der Einfallswinkel der Sonnenstrahlung und die Erwärmung des Bodens zusammenhängen.
Jonas behauptet: „Im Sommer ist es warm, weil die Erde dann näher an der Sonne ist.“ a) Beurteile diese Aussage und widerlege sie mit zwei Argumenten. b) Nenne ein…
Jonas behauptet: „Im Sommer ist es warm, weil die Erde dann näher an der Sonne ist.“
- a) Beurteile diese Aussage und widerlege sie mit zwei Argumenten.
- b) Nenne ein Beobachtungsergebnis, das die Aussage ebenfalls widerlegt (Hinweis: Jahreszeiten auf Nord- und Südhalbkugel).
- c) Erkläre, warum die wärmsten Tage meist nach dem längsten Tag (21. Juni) liegen.
Modell und Sonderfälle
Mit einer Lampe als Sonne und einem Globus mit geneigter Achse kannst du alles nachbauen:
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Jahreslauf: Führe den Globus um die Lampe. Die Achse muss dabei immer in dieselbe Richtung zeigen, sie darf nicht mitkippen.
-
Tag und Nacht: Drehe den Globus auf der Stelle um seine Achse. Jeder Ort wandert durch den hellen und den dunklen Bereich.
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Grenzen des Modells: Größen und Abstände stimmen nicht. Die Sonne ist in Wirklichkeit etwa 109-mal so breit wie die Erde und 150 Millionen km entfernt.
Sonderfälle:
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Nördlich des Polarkreises ist der Nordpol im Sommer so stark zur Sonne geneigt, dass sich ein Ort den ganzen Tag auf der Tagseite befindet: Mitternachtssonne. Im Winter bleibt er auf der Nachtseite: Polarnacht.
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Am Äquator ist ein Ort immer etwa 12 Stunden auf der Tagseite und 12 Stunden auf der Nachtseite. Die Tage sind das ganze Jahr etwa 12 Stunden lang.
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Ohne Achsneigung träfe das Licht immer gleich auf. Die Tageslängen und die Sonnenhöhe blieben das ganze Jahr gleich, es gäbe keine Jahreszeiten.
Auch die Position der Sonne am Himmel ändert sich im Jahr: In Düsseldorf steht die Sonne mittags im Sommer am höchsten, im Winter am niedrigsten. Im Sommer ist ihr Bogen am Himmel hoch und lang, und sie geht weit im Nordosten auf und im Nordwesten unter. Im Winter ist der Bogen niedrig und kurz, sie geht im Südosten auf und im Südwesten unter. Nur zur Tagundnachtgleiche im März und September geht die Sonne genau im Osten auf und genau im Westen unter; im Frühling und Herbst liegt der Bogen dazwischen.
Die Drehgeschwindigkeit am Äquator kannst du berechnen: Ein Punkt legt in 24 Stunden den Erdumfang von etwa 40.000 km zurück.
Eine Schülergruppe baut ein Modell mit einer Lampe (Sonne) und einem Globus (Erde), dessen Achse geneigt ist. a) Beschreibe, wie die Gruppe den Globus um die Lampe…
Eine Schülergruppe baut ein Modell mit einer Lampe (Sonne) und einem Globus (Erde), dessen Achse geneigt ist.
- a) Beschreibe, wie die Gruppe den Globus um die Lampe führen muss, damit der Jahreslauf dargestellt wird (Neigungsrichtung der Achse).
- b) Erkläre, wie sie mit dem Modell den Tag-Nacht-Wechsel zeigt.
- c) Nenne eine Schwäche dieses Modells (z. B. Größen oder Abstände).
Nördlich des Polarkreises gibt es im Sommer die Mitternachtssonne und im Winter die Polarnacht. a) Erkläre mithilfe der Achsneigung, wie beides entsteht. b) Begründe,…
Nördlich des Polarkreises gibt es im Sommer die Mitternachtssonne und im Winter die Polarnacht.
- a) Erkläre mithilfe der Achsneigung, wie beides entsteht.
- b) Begründe, warum es am Äquator das ganze Jahr über etwa gleich lange Tage gibt.
- c) Begründe, warum es ohne Achsneigung keine Jahreszeiten gäbe.
Die Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um ihre Achse. Der Umfang der Erde am Äquator beträgt etwa 40.000 km. a) Berechne die Geschwindigkeit eines Punktes am Äquator…
Die Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um ihre Achse. Der Umfang der Erde am Äquator beträgt etwa 40.000 km.
- a) Berechne die Geschwindigkeit eines Punktes am Äquator in km/h.
- b) Erkläre, warum ein Punkt am Nordpol sich bei der Drehung der Erde um ihre Achse nicht fortbewegt, sondern nur dreht.
- c) Beschreibe, wie sich die Position der Sonne am Himmel Düsseldorfs im Laufe des Jahres zur Mittagszeit ändert, und ordne dies den Jahreszeiten zu.
Zurück zum Anfang: In Köln ist im Sommer der Tag lang, weil die Nordhalbkugel zur Sonne geneigt ist. Dann ist in Sydney Winter, da die Südhalbkugel von der Sonne weg geneigt ist.