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Jahreszeiten

Frühling, Sommer, Herbst und Winter im astronomischen Kontext
Definition
Die Jahreszeiten unterteilen den Zeitraum eines Erdjahres - also einen Umlauf des Planeten Erde um die Sonne - recht grob in vier verschiedene Perioden, die sich jeweils durch charakteristische astronomische sowie klimatische Eigenschaften von einander abheben. Auf der Nord- und Südhalbkugel der Erde herrschen jeweils die entgegengesetzten Jahreszeiten - ist im Süden Sommer, so herrscht auf der Nordhalbkugel Winter, und umgekehrt.
Entstehung der Jahreszeiten
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Die Neigung der Erdachse gegenüber der Ekliptik führt zum Phänomen der Jahreszeiten.
Die Ursache für das jährliche Wechselspiel der Jahreszeiten findet sich in den Bahneigenschaften unseres Heimatplaneten. Die Erdachse - eine gedachte Linie, um die die Erde eine Eigenrotation vollführt - steht nicht senkrecht auf der Umlaufebene des Planeten um die Sonne, sondern weicht von dieser Stellung um etwa 23,5° ab.

Während die Erde im Laufe eines Jahres einmal um die Sonne läuft, verbleibt die Richtung der Erdachse konstant im Raum (raumfeste Lage), rotiert also nicht mit. Daraus ergibt sich der Umstand, dass sich die Beleuchtungsverhältnisse auf der Nord- und Südhalbkugel unseres Planeten im Laufe des Jahres kontinuierlich verändern. Die Sonne beschreibt an jedem neuen Tag einen leicht veränderten Bogen am Himmel - der sogenannte Tagbogen, also die gedachte Linie am Himmel, die die Sonne auf ihrem täglichen Weg von Auf- bis Untergang zurücklegt. Dieser Bogen fällt im Herbst und Winter recht klein und flach aus, im Frühling und Sommer ist dieser allerdings viel länger und ragt hoch über den Horizont.

Dies wirkt sich sowohl auf die Dauer des hellen Tages (Sonnenscheindauer) als auch auf den Winkel aus, unter dem die Erdoberfläche eines Beobachtungsortes vom Sonnenlicht bestrahlt wird (Kulminationshöhe der Sonne). Im Frühling/Sommer ist die Dauer des hellen Tages länger als im Herbst/Winter und die Sonnenstrahlung trifft viel steiler auf die Erdoberfläche. Daher erfährt die Erdoberfläche einen viel höheren Energieeintrag, was wiederum zu einer Erwärmung der entsprechenden Erdhalbkugel in diesem Zeitraum führt.

Den höchsten Stand des Jahres erreicht die Sonne zur Zeit der Sommersonnenwende, ein Ereignis das im Kalender als Sommeranfang aufzufinden ist. Die wärmsten Monate trifft man allerdings aufgrund der thermischen Trägheit der Erde mit einer Verzögerung von ein bis zwei Monaten an - die warme Saison ist daher die Jahreszeit, in der die Kulminationshöhe der Sonne von Tag zu Tag abnimmt.

Die extremsten Auswirkungen der Jahreszeiten trifft man in höheren geografischen Breiten an. Jenseits des nördlichen bzw. südlichen Polarkreises tritt das Phänomen des Polartags bzw. der Polarnacht auf, d.h. dort werden Gebiete im halbjährlichen Wechsel entweder dauerhaft von der Sonne beschienen (die Sonne geht dort nicht unter), oder versinken in dauerhafte Nacht (die Sonne geht nicht auf).
Astronomischer Beginn der Jahreszeiten
Astronomisch betrachtet definieren sich die Jahreszeiten als die Zeitperioden, in denen sich die Sonne in bestimmten Abschnitten ihrer scheinbaren jährlichen Bahn am Firmament (Ekliptik) befindet. Diese Abschnitte werden unter anderem von den Schnittpunkten der Ekliptik mit dem Himmelsäquator markiert. Befindet sich die Sonne an einem solchen Bahnpunkt, so steht die Sonne für einen Beobachter am Erdäquator zur Mittagszeit genau im Zenit, die Dauer des hellen Tages sowie der Nacht beträgt weltweit genau 12 Stunden (Tagundnachtgleiche).

Der astronomische Frühling beginnt (Frühlings-Tagundnachtgleiche), wenn die Sonne den Himmelsäquator von Süden nach Norden überschreitet. Ausschließlich während der Tagundnachgleiche wird jeder Punkt der Erdoberfläche von Sonnenstrahlen ereicht, es gibt zu dieser Zeit keinen Polartag und keine Polarnacht.

Der astronomische Sommer beginnt (Sommer-Sonnenwende), wenn die Sonne ihre größte nördliche Deklination und damit ihre nördlichste Stellung auf der Himmelskugel erreicht. Das gesamte Gebiet nördlich des nördl. Wendekreises wird zu dieser Zeit rund um die Uhr von der Sonne beschienen (Mitternachts-Sonne), die Südpolregion liegt ganztägig im Dunkeln.

Der astronomische Herbst beginnt (Herbst-Tagundnachtgleiche), wenn die Sonne den Himmelsäquator von Norden nach Süden durchschreitet. Der astronomische Winter beginnt (Winter-Sonnenwende), wenn die Sonne ihre größte südliche Deklination und damit ihre südlichste Stellung auf der Himmelskugel erreicht.

Jahr Frühling Sommer Herbst Winter
2009 20.03. 12:44 21.06. 06:45 22.09. 22:18 21.12. 18:47
2010 20.03. 18:32 21.06. 12:28 23.09. 04:09 22.12. 00:38
2011 21.03. 00:21 21.06. 18:16 23.09. 10:04 22.12. 06:30
2012 20.03. 06:14 21.06. 00:09 22.09. 15:49 21.12. 12:11
2013 20.03. 12:02 21.06. 06:04 22.09. 21:44 21.12. 18:11
2014 20.03. 17:57 21.06. 11:51 23.09. 03:29 22.12. 00:03
Beginn der astronomischen Jahreszeiten bis 2014, alle Angaben in MEZ
Analemma
Anthony Ayiomamitis
Das Bild zeigt 44 Einzelaufnahmen der Sonne, die im Verlauf eines Jahres auf einem einzigen Filmstück aufgenommen wurden.
Wenn man die Position der Sonne am Himmel an jedem Tag im Jahr zur exakt gleichen Uhrzeit bestimmt und die Ergebnisse des gesamten Jahres überlagert, so entsteht ein Analemma. Zur Tagundnachtgleiche (Frühlings-/Herbstanfang) befindet sich die Sonne am mittigen Schnittpunkt des Analemmas, zur Sommersonnenwende an der oberen, zur Wintersonnenwende an der unteren Spitze des Analemmas.

Die eigentümliche Form dieser 8-förmigen Kurve wird im wesentlichen durch 2 Faktoren beeinflusst. Aufgrund der Neigung der Erdachse kommt es zu jahreszeitlichen Schwankungen der Kulminationshöhe der Sonne. Da zudem die Umlaufbahn der Erde kein exakter Kreis ist, sondern viel eher eine leicht ellipsenförmige Gestalt besitzt, bewegt sich unser Heimatplanet in Sonnennähe schneller um das Zentralgestirn als in Sonnenferne. Somit kommt es auch zu leichten Abweichungen beim täglichen Südstand der Sonne, der in der einen Jahreshälfte etwas früher, in der anderen etwas später erreicht wird. In der Überlagerung zeigen die beiden abweichenden Einflüsse am Himmel die als Analemma bezeichnete Figur.
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