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Entstehung der Jahreszeiten  

 

"Der heutige Mensch genießt die Annehmlichkeiten der Natur, ohne durch eigene Experimente oder Beobachtungen deren Zustandekommen zu erkunden. Vielmehr wird er aus diversen Medien überhäuft, denen er vermeintlich passende Alltagserfahrungen zuordnet. Dabei kommt es leicht zur Ausbildung von Misskonzepten , im speziellen über vertraute Naturphänomene, wie das Phänomen Jahreszeiten." ( Winnenburg, Wolfram: Die Entstehung der Jahreszeiten - Eine unterrichtliche Sequenz. In: ASTRONOMIE + Raumfahrt 30 (1993), Heft 15, S. 345-349.)

Häufig findet man die unbefangene Meinung, dass Sommer und Winter mit dem wechselnden Abstand von Sonne und Erde zusammenhängen. Assoziiert mit ihrer Alltagserfahrung - je näher ich am Ofen sitze, umso wärmer ist es - hält das Gros aller Schüler und Erwachseneren die jahreszeitlich schwankende Entfernung von Sonne und Erde für die Ursache der Ausbildung von Jahreszeiten. In diesem Zusammenhang mögen ferne Schulerinnerungen eine Rolle spielen, dass sich die Erde auf einer elliptischen Bahn um die Sonne bewegt. Das mit der Ellipse ist zwar richtig. Wegen der außerordentlich geringen Exzentrizität ist sie am Entstehen der Jahreszeiten jedoch nicht beteiligt. 

Der optische Phänomenbereich tritt bei dieser Argumentation nicht in Erscheinung, weshalb der Temperaturschwankung eine höhere Wichtung zukommt als den Lichtverhältnissen.

Die Erde bewegt sich im Laufe eines Jahres in einer elliptischen Umlaufbahn um die Sonne. Der Umlauf der Erde um die Sonne dauert etwa 365 Tage und 5 Stunden.

Die eigentliche Ursache für die Entstehung der Jahreszeiten ist in der Stellung der Erde selbst begründet. Die Achse der Erde und damit die Äquatorebene ist um 23, 5 Grad gegen die Erdbahnebne (Ekliptik) geneigt. 

Da die Erde diese Schrägstellung (Neigung und Richtung) auf der Bahn um die Sonne immer beibehält, verändert sich der Winkel(!!), mit denen die Sonnenstrahlen einen bestimmten Bereich der Erdoberfläche erreichen.  Hierdurch verändert sich wiederum die Höhe der Sonne und somit die Tag- und Nachtlänge eines Tages. Zum anderen bewirkt der unterschiedlich große Einfallswinkel der Sonnenstrahlen Veränderungen in der einfallenden Energiemenge. Es gilt: Je steiler der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen ist, um so höher ist die auf die Erdoberfläche einfallende Strahlungsenergie, weil sie bei steilerem Einfallswinkel eine kleinere Fläche bestreichen (Lambertsches Gesetz). Die längere Sonneneinstrahlung und der steilere Einfall der Sonnenstrahlen bedingen schließlich die klimatischen Unterschiede der vier Jahreszeiten.

Jede der vier Jahreszeiten beginnt oder endet entweder mit einer Tag- und Nachtgleiche oder mit einer Sonnenwende. Der Frühling beginnt auf der Nordhalbkugel(!!) am 21. März, wenn Tag und Nacht überall auf der Erde gleich lang (12 h) sind (Sonnenaufgang: 6 Uhr - Sonnenuntergang: 18 Uhr). Leichte Abeichungen gibt es, weil die Erdatmosphäre die Sonnenstrahlen bricht, sodass die Sonne auch noch Sonnenuntergang sichtbar ist. Zu diesem Zeitpunkt sind beide Pole von der Sonne gleich weit entfernt bzw. kreuzt  die Sonne auf ihrer scheinbaren jährlichen Bahn den Himmelsäquator von Süden nach Norden (ca. 21. März) und von Norden nach Süden (ca. 23. September). Es folgt der Sommer, am 21. Juni, wenn der Nordpol die kürzeste Entfernung zur Sonne hat. Die Sommersonnenwende kennzeichnet gleichzeitig den längsten Tag. Der Herbst beginnt auf der Nordhalbkugel am 23. September - Tag und Nacht haben wieder die gleiche Länge. Am 21. Dezember beginnt der Winter auf der Nordhalbkugel. Die Wintersonnenwende ist durch den kürzesten Tag und die längste Nacht charakterisiert.

In äquatorialen Breiten ändert sich der Sonnenstand im Verlaufe eines Jahres kaum, darüber hinaus sind Tag und Nacht auch nahezu gleich lang. Die Tageslänge beträgt stets 12 h.  Jahreszeiten, die sich deutlich im Klima unterscheiden, gibt es dort nicht.

Menschen, die sich an Orten mit einer geografischen Breite ca. > 66, 5 Grad aufhalten, erleben die Zeit, in der die Sonne länger als 24 Stunden über dem Horizont bleibt, als Polartag. Die Dauer des Polartags wächst mit der geografischen Breite und beträgt im Bereich der Pole nahezu ein halbes Jahr.


Die unterschiedliche zeitliche Länge der vier Jahreszeiten resultiert aus dem Faktum der elliptischen Bahn. Die Erde bewegt sich nämlich im sonnennächsten Punkt der Umlaufbahn schneller als im sonnenfernsten Punkt (2. Keplersches Gesetz).


 

 

Geht die Sonne wirklich im Osten auf??


 „Im Osten geht die Sonne auf, zum Süden nimmt sie ihren Lauf, im Westen muss sie untergehen, im Norden ist sie nie zu sehen.“

Nicht ganz, denn wenn man den Lauf der Sonne während eines Jahres beobachtet, dann wird man feststellen, dass Sonnenaufgangs- und Ostpunkt ebenso wie Sonnenuntergangs und Westpunkt die meiste Zeit des Jahres voneinander abweichen und sich auch die Höchststände zur Mittagszeit im Süden unterscheiden.

So erscheint die Sonne am Sommeranfang ( 21.Juni) im Nordosten, erreicht ihren höchsten Mittagsstand während eines Jahres und verschwindet im Nordwesten.

Am Winteranfang (21. Dezember) dagegen geht sie im Südosten auf, hat den niedrigsten Mittagsstand und geht im Südwesten unter.

Nur am 21.März (Frühlingsanfang) und 23. September (Herbstanfang) fallen Sonnenauf- und Untergangspunkt mit dem Ost- und Westpunkt zusammen, und der Mittagsstand nimmt einen mittleren Wert zwischen denen des Sommer- und Winteranfangs ein. Wenn also die Erde 1/4 oder 3/4 der Bahn durchlaufen hat, herrscht auf der Erde Frühling bzw. Herbst. Im Frühjahr und Herbst zum Datum der Tag- und Nachtgleiche (Aquinocticum) am 21. März und 23. September werden beide Erdteile gleichmäßig bestrahlt

In der Diskussion mit älteren Schülern wird  auch klar, dass es eigentlich nicht zu den Zeiten der Sommer- und Wintersonnenwenden, also im Juni und im Dezember, am wärmsten oder am kältesten ist, sondern erst etwa ein bis zwei Monate später. Denn die jeweils erreichte Temperatur ist das Ergebnis der aufgenommenen und gespeicherten Wärmemenge (vgl. Wärmekapazität von Wasser), vergleichbar der Erfahrung, dass ein Topf mit Wasser auf dem Herd sich erst allmählich erwärmt und ebenso eine gewisse Zeit zum Abkühlen braucht.



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Kommentare (5)

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Thema: Entstehung der Jahreszeiten
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Wasser Auf
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Feb 2017
Wasser Auf schreibt...

Besucht doch mal eine Sternwarte. Aber ihr müsst da warten.

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Noname
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Jan 2017
Noname schreibt...

Verständlich erklärt die Jahreszeiten. Nur zu viel Text. Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte.

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Jahreszeit
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Jan 2017
Jahreszeit schreibt...

Ich kann den Winter nicht leiden

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Saugut
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Jan 2017
Saugut schreibt...

Habe es jetzt verstanden

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Tarzen
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Jan 2017
First Poster
Tarzen schreibt...

Gut erklärt mit der Entstehung der Jahreszeiten ! DANKE

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