Warum gibt es Sommer und Winter?



Warum gibt es Jahreszeiten? Eine banale Frage, auf die sicherlich jeder in der Schule eine Antwort bekommen hat.
Zu meinem Entsetzen habe ich festgestellt, dass diese Frage für viele gar nicht so banal ist. Zwar ist es den meisten Menschen klar warum es Tag und Nacht gibt, aber auf die Frage warum es Jahreszeiten gibt, bekommt man oft als Antwort ein Schulterzucken, “keine Ahnung” oder eine falsche Erklärung.

Falsche Erklärung

Wie jedem bekannt ist, bewegt sich die Erde auf einer Ellipsenbahn um unseren Stern, wobei dieser im Brennpunkt steht. Die Erde dreht sich also um die Sonne und eine Umdrehung entspricht einem Jahr.
Erde bewegt sich um die Sonne

Betrachtet man die obere Grafik (falsche Größenverhältnisse!), so liegt es nahe zu folgern, dass wir Winter haben, wenn die Erde weit von der Sonne weg ist und umgekehrt Sommer, wenn die Erde nah an der Sonne ist. Diese Überlegung ist falsch.

Tatsächlich ist es genau umgekehrt. Im sonnenfernsten Punkt herrscht bei uns Hochsommer und wenn die Erde der Sonne nah ist, haben wir Winter. Wobei ich mit uns die Nordhalbkugel meine. Für die Südhalbkugel ist es genau umgekehrt.

Man kann sich an einen kleiner Rechnung verdeutlichen, dass der Sonne-Erde Abstand die Jahreszeiten nicht erklären kann.

Die Sonne stahlt ihre Energie mit einer Leistung von 3,846*1026W ab. Da die Sonne rund ist, verteilt sich die Strahlung kugelförmig in alle Richtungen, d.h. mit wachsenden Abstand zu Sonne, wir die Strahlungsleistung pro Fläche immer kleiner.
Der mittlere Sonne-Erde Abstand beträgt 149,6*109m, damit kommt auf der Erde nur eine Leistung pro Fläche von \frac{3,846*10^{26} W}{ 4*\pi*( 149,6*10^9m)^2} = 1367,5 \frac{W}{m^2} an.

Die größte Entfernung zur Sonne beträgt 152,1*1026m, die kleinste 147,1 *1026m. Somit ergeben sich folgende Strahlungsleistungen pro Fläche: 1322,2\frac{W}{m^2} und 1415,2\frac{W}{m^2} . Vergleicht man diese Werte mit dem Wert beim mittleren Abstand, so ergibt sich eine Abweichung von 3,5%. Diese Abweichung ist zu klein um die Jahreszeiten zu erklären.

Der wahre Grund

Die Erde hat gegenüber der Bewegungsebene eine Neigung von 23,44°. Diese Neigung bleibt bei der Drehung konstant.

Der schwarze Punkt auf dem Bild markiert einen bestimmten Punkt, denn wir betrachten, also zum Beispiel uns in Deutschland. Wie man sieht, treffen die Sonnenstrahlen in unterschiedlichen Winkeln auf die Erdoberfläche auf. Dadurch bekommt die Erdoberfläche eine unterschiedliche Energiemenge ab, was folgende Grafik verdeutlichen soll.

Eine bestimmte Energiemenge wird auf eine größere Fläche verteilt, d.h. die Fläche wird weniger erwärmt, als bei einer senkrechten Bestrahlung.

Man kann es sich sehr gut mit einer Taschenlampe verdeutlichen. Leuchtet man mit einer Taschenlampe direkt auf die Tischplatte so sieht man eine stark beleuchtete Kreisfläche, die je nach Taschenlampenart sogar warm werden kann. Jetzt dreht man die Taschenlampe etwas zur Seite, verändert also den Bestahlungswinkel. Dadurch wird der Lichtkegel viel größer, aber die Lichtintensität, die von der Tachenlampe ausgeht, ist immer noch die gleiche. Das ausgestrahlte Licht verteilt sich also auf eine größere Fläche, so dass sie dunkler erscheint und nicht mehr warm wird.

Zusätzlich ist die Neigung die Ursache für unterschiedliche Tageslängen.

Zusammen betrachtet bedeutet es, dass die Sonne im Sommer höher steht und länger scheint, was zu einen höheren Erwärmung der Erdoberfläche führt als im Winter, wenn die Sonne sich nur tief am Horizont zeigt. Das ist genau das, was wir alle beobachten können.

Und wie sieht es mit dir aus, hast du gewusst, was die Ursache für die Jahreszeiten ist? =)




11 Kommentare zu “Warum gibt es Sommer und Winter?”

  1. gewerbeauskunft-zentraleam 10. Juni 2010 um 11:20 Uhr

    Ausgedruckt und den Kindern soeben auf den Tisch gelegt. Passend zur Frage, Deinen Beitrag mittels Google gefunden ;)

  2. Ibotsuam 18. Juni 2010 um 22:54 Uhr

    Danke für die Erklärung!
    Tatsächlich habe ich mich letztens auch gefragt, warum wir Winter haben, wenn die Erde der Sonne am nächsten ist.
    Jetzt habe ich die Antwort! =)

  3. Maximam 18. Juni 2010 um 23:13 Uhr

    Ist doch schön eigenen Wissenshorizont zu erweitern ;)

    Eine Anekdote:
    Ich: „Weißt du warum es Tag und Nacht gibt?“
    Person: „Naja, der Tag ist zum Arbeiten und die Nacht zum Schlafen da…..oder am Wochenende zum Feiern“

    Ich habe vergeblich versucht mein Lachen zu unterdrücken :D

  4. Milanam 31. Dezember 2010 um 14:13 Uhr

    danke,war sehr gut erklärt.Bin zwar 60,und grob habe ich es gewusst,aber……ist einfach sehr gut geschrieben
    Danke
    Milan

  5. moinam 31. März 2011 um 16:59 Uhr

    Einfach gut geschrieben!!!

  6. Unbekanntam 10. August 2012 um 21:07 Uhr

    Hmm, ist zwar logisch erklärt, aber dennoch nicht wirklich schlüßig für mich. Dein Beispiel bezieht sich auf eine gerade Fläche, technisch gesehen ist die Erde aber Rund und sollte immer die gleiche Menge an Energie auffangen, egal welche Neigung sie zur Sonne hat…!?

    Demnach macht das Beispiel nur Sinn, falls sich die Neigung der Erde auf ihrer Laufbahn und die Sonne ändert, ist das der Fall? – und wenn ja, wieso?

  7. Maximam 10. August 2012 um 21:22 Uhr

    Nein, die Neigung bleibt bestehen, das ist ja gerade der Grund für die unterschiedliche Anstrahlungswinkel.
    Du hast recht, dass die Erde immer die gleiche Energiemenge abbekommt, aber ihre Verteilung hängt von dem Auftreffwinkel ab und dieser variiert für ein Punkt im Laufe des Jahres. Wenn die Sonne bei uns hoch über den Horizont steht, so ist es auf der Südhalbkugel genau umgekehrt. Ein halbes Jahr später ist die Situation genau umgekehrt. Über ein Jahr gesehen bekommen beide Erdhalbkugeln die gleiche Energiemenge ab (natürlich alles idealisiert betrachtet).

    Nimm ein Ball oder ein Apfel, kippe ihn zur Seite (bezogen auf die Rotationsachse) und strahle ihn abwechselnd von beiden Seiten an, dann wirst du es sofort sehen ;)

  8. Unbekanntam 10. August 2012 um 22:54 Uhr

    Jetzt macht es Sinn, war etwas verwirrt :)

  9. Maximam 10. August 2012 um 22:57 Uhr

    Finde ich gut, dass du nachfragst, wenn etwas unklar ist. :)

  10. Max Gam 9. Oktober 2016 um 11:55 Uhr

    Habe schon des öfteren danach gegoogelt aber das mit dem Winkel liest sich so und am Ende hat man es nicht verstanden.Das mit den zwei Schaubildern aber ist einfach zu verstehen.Man müßte jetzt nur noch sehen wie sich langsam der Winkel ändert zwischen Winter und Sommer bspw in einem Video.Aber danke so ist es schon sehr gut.
    https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTVLyD3MeDQDX-7WOKc9muvXuEf77lfyUzLAwghJOjd9AMvC30t

    In diesem Bild sieht man den Winkel der Umkreisung der nicht übereinstimmt mit dem Äquatorwinkel.

  11. Sigrid Krügeram 8. Januar 2018 um 13:29 Uhr

    Vielen Dank -endlich habe ich das mal SO erklärt bekommen, dass ich es kapiere und es mit vorstellen kann!

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