Der Jahreslauf unserer Sonne


Liebe Leser*innen,

heute, 20.03.2021, ist gleichzeitig Frühlingsanfang. und der Tag der Astronomie, bei dem der Mond im Fokus steht. Astronomisch bedeutet Frühlingsanfang, dass Tag und Nacht an diesem Tag gleich lang sind. Da vor allem wegen unseres Schaltjahres sich astronomisch alles um etwa sechs Stunden verschiebt, kann dieser astronomische Zeitpunkt mal auf den 20.03, den 21.03 und sogar auf den 22.03 fallen. Das gleiche gilt natürlich dann auch für den astronomischen Herbstanfang im September und für die Sonnenwenden im Juni und Dezember.

Ich schrieb darüber in Welcher Frühlingsanfang ist der richtige.

Ganz besonders in den Wintermonaten mit Kälte und Schmuddelwetter denkt man sich oft:

“Wieso dauert denn das so lange, bis die Tage wieder merklich länger werden?”

Gegen Ende des Sommers empfindet man das Gegenteil:

“Wieso werden die Tage so schnell wieder kürzer?”

Den größten Sprung unserer Empfindungen erzeugt natürlich die Umstellung auf die Sommerzeit und die Rückstellung auf die Winterzeit , welche eigentlich die normale Zeit ist. Da verschiebt sich der Sonnenauf- und Untergang von einer Nacht auf die andere um eine Stunde nach hinten, wenn die Sommerzeit beginnt. Dafür haben wir es abends, wie jeder weiß, eine Stunde länger hell.

  • Das gefällt uns natürlich, weil zu dieser Zeit, wie wir noch sehen werden, die Tage sowieso schon wieder erheblich länger, das Wetter meist schon wieder besser und wärmer sind und wir uns tendenziell im Frühling und Sommer sowieso eher nach Feierabend länger draußen aufhalten wollen.
  • Nach der Umstellung auf die Winterzeit finden wir es zwar schade, dass es abends wieder eine Stunde früher dunkel wird, andererseits erfreuen wir uns auch, dass es zunächst morgens nicht mehr ganz so dunkel ist, und unsere Kinder eventuell noch etwas Tageslicht haben, wenn sie früh zum Schulgang aufstehen müssen.
  • Wir freuen uns, wenn wir bei der Umstellung auf die Winterzeit eine Stunde “geschenkt” bekommen.

Nichts desto Trotz handelt es sich dabei um unsere Empfindungen und Wahrnehmungen, die sich durchaus je nach Beruf, Lebenslage und anderen Faktoren stark unterscheiden können. Diese Subjektivität schlägt sich in der jährlich wiederkehrenden Diskussion nieder, ob die Zeitumstellung nun abgeschafft werden soll, oder nicht. Mit Astronomie hat diese von Menschen gemachte Zeitverschiebung aber nichts zu tun. Von daher gehen wir einen Schritt weiter und lassen die Zeitumstellung zunächst mal außen vor. Gehen wir für das folgende davon aus, dass es sie nicht gäbe, wie das bis Anfang der 80er des letzten Jahrhunderts ja auch war.

Wir werden das Phänomen, dass die Tages- und Nachtlänge sich im Jahreslauf verändert nun etwas näher betrachten.
Wer sich etwas auskennt wird mit Recht sagen:

“Na klar. Das liegt an den Jahreszeiten.”

“Volltreffer” würde ich zu dieser Aussage sagen, denn das stimmt. Aber wie funktioniert das genau. Die Hauptfrage, die uns beschäftigen wird ist, ob z. B. die Tage an beiden Enden, zwischen Sonnenauf- und Untergang gleichmäßig länger oder kürzer werden und wenn nicht, wieso denn nicht?
Die aufmerksame Leser*in merkt schon, dass dem scheinbar nicht so ist. Ansonsten hätte ich diese Frage nicht in den Raum gestellt. Dann versuchen wir sie zu beantworten, was ohne Bilder gar nicht so einfach ist, aber versuchen wir es trotzdem.

Unsere Jahreszeiten entstehen dadurch, dass die Erdachse um etwa 23 Grad gekippt ist. Ich betone hier nochmals ausdrücklich. Sie entstehen nicht dadurch, was manchmal, und gar nicht so selten, angenommen wird, dass die elliptische Umlaufbahn der Erde um die Sonne dafür verantwortlich sei, weil die Erde ja dadurch manchmal etwas näher und dann wieder etwas weiter von der Sonne entfernt ist. Dieser Strahlungsunterschied, den wir dadurch erleben, schlägt nicht zu Buche und reicht auf keinen Fall für die Jahreszeiten. Kurios ist an dieser Stelle, dass ausgerechnet im Winter, Anfang Januar, die Erde ihren sonnennächsten Punkt auf ihrer Bahn durchläuft, wo es ja dann, wenn das stimmen würde, am wärmsten sein sollte. Über dieses Kuriosum werde ich mal extra schreiben.
Halten wir also nochmal fest, dass die gekippte Erdachse für die Jahreszeiten und damit auch für die Veränderungen der Tages- und Nachtlängen verantwortlich ist.

Stellen wir uns nun im nächsten Schritt vor, dass unsere Erdachse aufrecht stünde und dass die Erde sich nicht im Laufe eines Jahres einmal um die Sonne bewegt. Gehen wir sogar so weit, und halten die Erde an, so dass sie sich auch nicht mehr um sich selbst dreht.
Als letztes gehen wir noch davon aus, dass der Abstand der Erde zur Sonne trotz Stillstand immer gleich bliebe, als wären beide mit einer langen Stange verbunden. Normalerweise geht das natürlich nicht, denn so eine lange Stange gibt es nicht und außerdem würde eine Erde, die nicht um die Sonne kreist, also um sie herum fällt, von ihr mit der Zeit angezogen und in einem gewaltigen Inferno in ihr verglühen und verpuffen.

Also, was passiert dann.

  1. Der Erdstillstand bedeutet, dass es keinen Tag-Nacht-Rhythmus mehr gibt. Die Sonne bescheint in dem Fall immer dieselbe Seite der Erde. Dort wäre es immer Tag und auf der anderen Seite wäre es immer Nacht. Das will niemand. Und noch etwas merkwürdiges passierte dann.
    Wir könnten, außer vielleicht nachts durch unseren Mond, den Tag und die Nacht nicht in Zeiteinheiten einteilen. Denken wir uns den Mond mal auch weg, denn er spielt für unsere Betrachtungen keine Rolle. Wir hätten also keine zeitliche Orientierung.
    Im nächsten Schritt geben wir nun der Erde einen seitlichen Schubs, wie man das früher mit einer kleinen Peitsche mit einem Spielzeug-Kreisel tat, so dass sie sich, wie ein solcher beginnt, sich wieder um sich selbst zu drehen. Sagen wir in gewohnter Geschwindigkeit und natürlich wie gewohnt links herum.
  2. Nun dreht sich die Erde wieder. Wir haben wieder Tag und Nacht. Allerdings wäre es so, dass die Tage und auch die Nächte stets gleich lang blieben. Vermutlich wäre es nur an den Polen immer dunkel, weil dort kein Sonnenlicht hin käme. Erinnern wir uns, dass wir noch immer keinen astronomischen Jahreslauf hätten, weil wir alle Nacht den selben Sternenhimmel zur selben Zeit sehen würden. Die Erde würde sich zwar unter dem Sternenzelt drehen, und am Tage wäre die Wanderung der Sonne beobachtbar, aber sie, und auch die Sonne nicht, würden durch keine Sternbilder wandern. Keine gute Vorstellung für Astrologen, aber auch den Astronomen würde das nicht gefallen. Immerhin wäre es jetzt wieder möglich, die Zeit zu messen. Die Sonnenuhr wäre hier bei schönem Wetter sehr zuverlässig und wer weiß. Vielleicht würde man mechanische oder digitale Uhren bauen, die mit dem Tageslauf im Gleichgang gingen. Mit denen wäre eine Zeitmessung zusätzlich zur Beobachtung des Sternenhimmels dann auch wieder bei jedem Wetter möglich. Nebenbei bemerkt wäre es dabei unerheblich, in welche zeitlichen Einheiten die Menschen den Tag und die Nacht einteilen würden. Astronomen fänden vielleicht eine Möglichkeit, aber es könnten alle möglichen Einteilungen werden, z. B. die Einteilung in zehn Tages- und zehn Nachtstunden. Damit ließe sich immerhin ganz gut rechnen.

    Von einem Standort aus könnte man, wie gesagt, natürlich in Ost-West-Richtung die Sonne wandern sehen, was man ebenfalls zur Zeiteinteilung am Tage nutzen könnte, siehe Sonnenuhr.

    Und noch etwas wäre anders als wir es gewohnt sind.
    Wäre die Erde eine auf der Ekliptik stehende Walze und würden wir alle auf ihrer runden Seitenfläche leben, ich glaube man nennt diese Fläche oder Hülle auch Mantel in der Geometrie, dann hätten alle Menschen quasi die gleiche Sicht auf die Sonne. Sie stünde zu jeder Zeit für alle gleich hoch am Himmel,
    Alle würden die Sonne in Ost-West-Richtung wandern sehen.
    Ich denke nicht, dass es einen Unterschied machte, ob man an der Nord- oder Südkante der Walze lebte, weil die Sonne so unfassbar viel größer als die Erde ist.
    je nach Tageszeit natürlich.
    Die Nord- und Südfläche der Walze wären mit Sicherheit unbewohnt, da es dort ohne Sonnenschein ungemütlich kalt wäre, noch kälter vermutlich, als wir das von unseren Polkappen her kennen.

    Da die Erde aber nun mal eine Kugel ist, so stünde für die Äquatorianer die Sonne am höchsten am Himmel. Desto weiter nördlich oder südlich man lebte, desto flacher zöge die Sonne ihren Kreis. Außer vielleicht an den Polen, wo sie vermutlich nie zu sehen wäre, was übrigens bei unserer Walze mit Sicherheit so wäre.

  3. 3) So, es ist so weit. Wir nehmen die vorhin gedachte Verbindungsstange zwischen Erde und Sonne weg und schubsen nun die Erde so an, dass sie sich auf der Kreisbahn um die Sonne bewegt, wie wir das gewohnt sind. Nun kann sie durch ihre Drehung um die Sonne selbst dafür sorgen, dass sie der Anziehung der Sonne trotzt und auf ihrer Bahn bleibt.
    Ja, ich weiß. sie bewegt sich auf einer Ellipse, aber letztlich ist der Kreis ein Sonderfall der Ellipse, bei dem beide Brennpunkte aufeinander liegen, und außerdem ist die Erdbahn auch real fast kreisrund.

    Nun haben wir zwar noch immer Tag-Nacht-Gleiche, können aber zumindest nachts wieder einen astronomischen Jahreslauf betrachten. Wir können natürlich jetzt auch wieder unseren Mond mit einbeziehen. Den haben wir vorhin nicht betrachtet, weil er für unsere Überlegungen keine Rolle spielt. Und deshalb ignorieren wir ihn auch weiterhin.

    Und jetzt wird es langsam etwas unübersichtlich wegen der Erddrehung um sich selbst und der Erdbewegung um die Sonne.

  4. /li>Durch die dazu gekommene Drehung der Erde um die Sonne passiert es, dass wenn man vom selben Standpunkt aus den Mittagspunkt, an dem die Sonne am höchsten steht betrachtet, dass sich die Sonne in einem halben Jahr etwas verspätet und dann wieder verfrüht.

    Das liegt daran, dass die Erde sich auf ihrer Bahn nach jedem Erdentag auch wieder etwas weiter auf ihrer Bahn um die Sonne bewegt hat. Somit ist es so, dass die Sonne, wenn die Erde ihre Drehung um sich selbst komplett vollführt hat, entweder noch nicht aufgeht, weil die Erde ihr hinterher läuft. Ein halbes Jahr später ist es dann umgekehrt. Der Tag beschreibt somit auf unserer ‘Erde mit senkrecht stehender Achse einen Strich, der sich langsam etwas nach links verschiebt und ein halbes Jahr später wieder nach rechts.

    Nun wollen wir aber endlich auch unsere Jahreszeiten wieder zurück haben, damit unser Klima wieder passt.

  5. Im letzten Schritt kippen wir nun unsere Erdachse wieder um 23 Grad. Da die Erde eine Kugel ist und sich nun zusätzlich zu unseren Drehbewegungen auch noch die geometrische Tatsache der Perspektive auf die Sonne, täglich etwas verändert, so beschreibt sie vom selben Standpunkt aus den Mittagspunkt betrachtet, eine schräg liegende Acht, ein Analemma. Dieses sieht je nach Breitengrad etwas anders aus.
    Vor längerer Zeit erwähnte ich mal relativ beiläufig bei meiner Vorgesetzten, dass ich gerne mal ein Analemma taktil ertasten würde. Ich hatte das schon fast vergessen, aber dann kam mein Geburtstag. Bei uns in unserem wunderbaren Team ist es üblich, dass jeder zu seinem Geburtstag eine sowohl bunt als auch taktil gestaltete Karte erhält. Diese liebe Kollegin gestaltete mir zu meiner großen Freude eine Geburtstagskarte mit einem Analemma. Außerdem legte sie noch eine große A4-Darstellung desselben bei, damit auch noch die Beschriftung in Punktschrift darauf passte. Das finde ich wirklich sehr wertschätzend und rührend von ihr, dass sie sich das merkte und umsetzte. Es ist mir halt immer wieder eine große Freude und ein Segen, dass ich an so einem wunderbaren Institut, wie dem Studienzentrum für Sehgeschädigte (SZS) des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT) arbeiten darf. Nirgendwo sonst könnte ich Meine Begabungen zu Wissenschaft und Pädagogig so gut einbringen als dort. Außerdem ist am SZS meine Behinderung keine Einschränkung, sondern eine Qualifikation die ich für die Ausübung meiner Aufgaben benötige. Nicht zuletzt unterstützen mich immer wieder, das erwähnte ich schon häufiger, und kann es nicht oft genug tun, alle Mitarbeitenden in meinen inklusiven Tätigkeiten zur Astronomie.
    Dank dafür an alle SZSler.
    OK, zurück zum Thema.
    Am Äquator sollte es sich kaum ausbilden, weil sich auch dort aufgrund des Winkels zur Sonne auch die Jahreszeiten zwischen den Wendekreisen kaum bemerkbar machen.

    Am meisten prägt sich das Analemma natürlich in der Nähe der Polkappen aus, zwischen der Mitternachtssonne und dem langen Winter ganz ohne Sonne. Am Nord- und Südpol ist die Acht wahrscheinlich sogar offen, weil es ja dort jeweils Monate ganz ohne Sonnenlicht gibt.

    Da dieses Analemma schwer in Worten zu beschreiben ist, bitte ich euch sehende Astronom*innen unter euch, die hier mitlesen, dass ihr mich bitte entweder via Mail, oder noch besser in den Kommentaren, mich auf eventuelle Fehler in meiner Vorstellung, aufmerksam macht.
    Ich darf fast zum Schluss natürlich nochmal erwähnen, dass die stärkste Konsequenz dieser gekippten Erdachse unsere Jahreszeiten sind.

  6. zu guter letzt
    wer das mal verfolgen möchte, wie unterschiedlich sich die Länge der Tage und Nächte im Jahreslauf verändern, wie ungleichmäßig die Zeiten der Sonnenauf- und untergänge sich verändern und wie sich die Zeit des Mittagspunktes langsam verspätet, um sich dann wieder zu verfrühen, dem empfehle ich beispielsweise die auch für blinde Menschen recht zugängliche App Lunasolcal für Smartphones. Mit Calsky könnte das auch klappen, obwohl ich momentan nicht genau weiß, ob die noch online sind. Habe was gehört, dass es Calsky eventuell nicht mehr gibt, was sehr schade wäre. Wer es aufwändiger mag und sehen kann, denn für unser eins nicht zugänglich, kann es mit Stellarium versuchen.
    Ein klassischer Papier-Kalender tut es natürlich auch. Er sollte sich aber mit den Daten schon ungefähr auf den Standort beziehen, wo ihr wohnt.

    Da all diese Daten vom Breiten- und Längengrad, von eurem Standort also abhängig sind,
    erspare ich euch für den Moment eine langweilige Tabelle mit den Daten meines Standortes. Achtet einfach mal auf die Veränderungen von Sonnenaufgang, Sonnenhöchststand und Sonnenuntergang. Schreibt etwas mit und ihr werdet das Phänomen selbst erleben, was viel interessanter sein dürfte, als euch durch eine langweilige Tabelle zu wühlen.
    Beobachtet vielleicht auch mal, wenn ihr eine Reise tut, was momentan ja eher schwierig ist, wie sich die Zeiten durch euren Standordswechsel verändern. Von Karlsruhe bis Berlin habe ich Veränderungen von einigen Minuten gefunden. Wer das beobachtet und nachher noch immer behauptet, dass die Erde flach sei, dem ist nicht mehr zu helfen…
    Wie auch immer.
    Wir haben weiter oben schon die Sonnenuhr erwähnt. Die hat es langsam schwer, wirklich genau zu gehen. Aus diesem Grunde steht an vielen Sonnenuhren eine sog. Zeitgleichung. Sie berücksichtigt die Erdkrümmung, Erddrehung und die sich veränderte Perspektive auf die Sonne. Wie sie genau funktioniert, erspare ich uns für den Augenblick.

  7. Und jetzt noch eine Anmerkung zum guten Schlusse
    In diesem Jahr fällt der Tag der Astronomie mit dem Frühlingsanfang zusammen.
    Das Thema dieses Tages ist in diesem Jahr der Mond. Da darf ich es mir natürlich auch nicht nehmen lassen, auch einen zwar schon etwas älteren, aber nicht minder aktuellen und sehr inklusiven Bericht zu diesem Thema bei zu steuern.
    In diesem Artikel geht es um die Frage:
    Sich blind auf dem Mond orientieren, geht das?
    Auch damit wünsche ich euch einen guten Frühlingsanfang und viel Freude bei diesem schönen Motto des Tages der Astronomie 2021.

Jetzt wünsche ich, vor allem auch den blinden Leser*innen viel Erfolg bei euren astronomischen Langzeit-Beobachtungen.
Das ist mal wieder eine sehr inklusive Geschichte, denn als Mensch mit Blindheit eine astronomische Langzeitbeobachtung zu machen, ist äußerst inklusiv.

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