Das Naturphänomen der Jahreszeiten.

Das Naturphänomen der Jahreszeiten.

Die Stellung der Erde im Sonnensystem

Die Erde gehört zu den sogenannten inneren Planeten die bis zum Mars so genannt werden. Von der Sonne aus gesehen steht sie nach Merkur und Venus 3. Stelle des Planetensystems. Ihr mittlerer Abstand von der Sonne beträgt ca. 150 Mio. km, man nennt diesen Abstand auch 1 Astronomische Einheit (=1 AE), und benutzt sie als Basiseinheit zur astronomischen Entfernungsmessung. Diese Stellung der Erde und damit ihre Entfernung war die Voraussetzung für die Entwicklung höherer Lebensformen. Die Oberflächentemperatur der Venus z.B., unserem inneren Nachbarplaneten, liegt bei + 480°C, bei einer Jahreslänge von 225 Tagen.Die Oberflächentemperatur des Mars, unserem äußeren Nachbarn, liegt zwischen -123°C und +27°C, im Mittel bei -48°C. Die Jahreslänge ist 687 Tage. Die übrigen Planeten haben bedeutend extremere Temperaturverhältnisse.Die Erdachse steht nicht senkrecht auf Ihrer Umlaufbahn um die Sonne, sie ist um 23,5° geneigt. Das ist der Grund warum auf der Erde Jahreszeiten auftreten, und zwar immer gegensätzliche auf der Nord- und Südhalbkugel der Erde. Wenn es also auf der Nordhalbkugel Sommer ist, so ist es südlich des Äquators Winter. Diese Konstellation trägt dazu bei, dass der globale Luftaustausch funktioniert. Man sieht an diesem Beispiel ganz gut den Einfluss von Details auf unsere Lebensbedingungen auf der Erde.

Die Geometrie…

Nun wollen wir die geometrischen Zusammenhänge etwas näher untersuchen.

Die folgende Skizze stellt die Position der Erde im Sommer und Winter dar und die daraus resultierenden Einfallswinkel der Sonnenstrahlen.

DiePosition der Erdachse im Raum, und damit zur Sonne, ist für die Dauer eines Jahres konstant. Diese Skizze zeigt deutlich, dass im Sommer die Sonnenstrahlen steil einfallen und im Winter flacher. Im Herbst und Frühjahr sind sie gleich.

Der Einfallswinkel im Sommer, zum Zeitpunkt der Sommersonnenwende, wenn also die Sonne ihren höchsten Stand am Himmel erreicht.

DerEinfallswinkel im Winter, zum Zeitpunkt der Wintersonnenwende, wenn die Sonne ihre niedrigste Mittagshöhe des Jahres erreicht.

Diemaximale Mittagshöhe hmax im Sommer und die minimale Mittagshöhe hmin im Winter ergeben sich zu:

  • hmax= 90° – B + 23,5° = 113,5° – B
  • hmin= 90° – B – 23,5° = 66,5° – B

Für 50° N geographische Breite (B) ist

  • hmax= 63,5°
  • hmin= 16,5°

über dem Horizont.

Wenn man die Intensität der Sonnenstrahlung, die Senkrecht (also vom Zenit) auf eine ebene Fläche trifft mit “S0” bezeichnet,so wird die Bestrahlungsstärke (Leistung/Fläche) einer vom Zenit abweichenden Einstrahlung gemäss der Beziehung:

kleiner.

In50° nördlicher Breite ist die Zenitdistanz zum Zeitpunkt der Sommersonnenwende , siehe Skizze, 26,5°, damit wird die Bestrahlungsstärke gemäss obiger Beziehung S0 * cos 26,5° = 0,895 * S0. In der Wintersonnenwende bei der Zenitdistanz von 73,5° wird dann die Sonneneinstrahlung S0*cos 73,5° = 0,284 * S0.

Die Bestrahlungsstärke der Erde ändert sich also in diesen beiden Extremfällen im Verhältnis 1 : 3,15. Das ist der Grund, warum es im Sommer wärmer ist als im Winter. Hinzu kommt noch, dass durch die geringere Zenitdistanz im Sommer die Sonne wesentlich länger über dem Horizont steht als im Winter (Tageslänge).

Die Tatsache, dass der Abstand der Erde von der Sonne im Jahresverlauf nicht gleich ist, (durch die exzentrische Bahn) spielt dabei praktisch keine Rolle, denn im Winter ist der Abstand zur Sonne am kürzesten.

Willy Mahl 24.06.2000


Letzte Änderung am 2009-Mar-15

0 Kommentare

Hinterlasse einen Kommentar

An der Diskussion beteiligen?
Hinterlasse uns deinen Kommentar!

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.