Dienstag, 23. Dezember 2014

Türchen 23 | Adventskalender 2014

"Vor Weihnachten viel Wasser -
nach Johanni (24. Juni) kein Brot."

"Schnee vor der Christnacht bringt
eine gute Hopfenernte."

Was ist an einem Aphel so heiß?

Der bedeutsamste Faktor unserer Existenz ist die Sonne, unser ca. 150 Millionen Kilometer entfernter Heimatstern. Die jährliche Bahn der Erde um das Zentralgestirn beschreibt keinen perfekten Kreis, sondern eine Ellipse. Manchmal sind wir näher an der Sonne, manchmal weiter von ihr entfernt. Die naheliegende Schlußfolgerung, die man daraus ziehen kann, lautet: Es ist Sommer, wenn wir näher an der Sonne sind, und es ist Winter, wenn wir weiter entfernt sind. Logisch, oder? Tatsächlich verhält es sich genau umgekehrt. Im Aphel (= Sonnenferne, griech: "apo" = fern und "helios" = Sonne) herrscht Sommer, zumindest auf der Nordhalbkugel. Dieser Umstand beruht auf der Neigung der Erdachse von 23,5° - eine der Ursachen unserer Jahreszeiten. Im Sommer, wenn sich die Nordhemisphäre der Sonne zuneigt, treffen die Sonnenstrahlen diese Erdhälfte unter einem größeren Einfallswinkel als im Winter. Gleichzeitig steht die Erde Anfang Juli im Aphel, ist während dieser Zeit zwischen Frühlings- und Herbstpunkt also von der Sonne weiter entfernt als im Winter.

Nach der herbstlichen Tagundnachtgleiche kehren sich die Verhältnisse langsam um. Die Nordhemisphäre beginnt ihre Neigung fort von der Sonne, der Einfallswinkel der Strahlung wird kleiner, die Tage kürzer. Parallel herrscht auf der Südhalbkugel nun Sommer und während die Antarktis in Dauerlicht gehüllt ist, zieht in der Arktis die Polarnacht herauf.

Ein kleiner Exkurs zum Zusammenhang zwischen Erde, Sonne und unserer Zeitmessung

Ein Erdentag dauert 24 Stunden. Die Erde benötigt für eine Umdrehung aber lediglich 23 Stunden und 56 Minuten (und 4 Sekunden). [-> Siderischer Tag]

Wo bleiben die "restlichen" 4 Minuten? Die Differenz erklärt sich, wenn man sich unser Planetensystem anschaut. Darin bewegen sich die Planeten jeweils um ihre eigene Achse und um die Sonne. Im Laufe eines Tages bewegt sich die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne einen Bogengrad weiter (360° in 365 Tagen). Beide Kreisbewegungen haben den gleichen Drehsinn, was zur Folge hat, dass die Sonne nach einer vollständigen Erddrehung in einer leicht anderen Richtung zu finden ist. Die Erde muss sich also noch 4 Minuten lang weiter drehen, bis für den gleichen Ort die Sonne wieder an der Position des Vortags zu finden ist. [-> Sonnentag]

  • Ein Sonnentag ist der Zeitraum zwischen zwei Meridiandurchgängen der Sonne (bis also die Sonne wieder exakt auf dem Meridian des Vortags steht), er dauert 24 h.
  • Eine geometrisch vollständige Umdrehung der Erde wird Siderischer Tag genannt (ein Siderischer Tag ist der Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meridiandurchgängen eines "Fixsterns"), er dauert 23:56:04 h.
  • Während sich ein Siderischer Tag auf die Position von Sternen bezieht, wird der sog. Sterntag mithilfe der Frühlingspunkte definiert. Ein Sterntag ist der gemittelte Zeitraum zwischen Frühlings- und Herbstpunkt. Zweimal im Jahr schneidet die scheinbare jährliche Bahn der Sonne (die Ekliptik) den Himmelsäquator (um den 20. März = Frühlingspunkt/Frühlingsanfang und um den 23. September = Herbstpunkt/Herbstanfang). An diesen Daten sind Tag und Nacht nahezu gleich lang (Äquinoktialpunkte).
  • Siderischer Tag und Sterntag unterscheiden sich in ihrer Länge um 0,008 Sekunden.

ABER: Das Zeitmaß Siderischer Tag ist nicht geeignet zur Definition der Tageslänge (wegen der Effekte der elliptischen Erdbahn um die Sonne). Deshalb nutzt man den Sterntag und die 1967 eingeführte Atomsekunde (konstante Zeiteinheit) als Kalender- und Zeitgrundlage. Bis in die 1960er Jahre basierte die Definition einer Sekunde auf dem 86.400en Teil der Dauer eines Mittleren Sonnentages. Da dessen Länge aber nicht gleichförmig ist, wechselte man zur Atomsekunde und führte zur Kompensation der Differenz zwischen variabler (Sonnentag) und konstanter Sekundenlänge (Atomzeit) Schaltsekunden ein (zuletzt Ende Juni 2012).

[Heute beträgt der Unterschied zwischen UTC und Atomzeit 34 Sekunden.]

Wenn die Sonne an einem beliebigen Standort auf der Nordhalbkugel exakt im Süden (auf der Südhalbkugel im N) auf dem höchsten Punkt ihrer scheinbaren Tagesbahn steht (-> Kulmination), beträgt die Wahre Ortszeit an diesem Standort 12 Uhr. Genau diese Zeit kann man von einer Sonnenuhr ablesen.

Die Schiefe der Ekliptik und die leichte Exzentrizität der Erdumlaufbahn (woraus eine ungleichförmige Geschwindigkeit des Laufs der Erde um die Sonne resultiert) bewirken nun aber nicht nur das Zustandekommen unserer Jahreszeiten - sondern auch, dass Sonnenuhren um bis zu 16 Minuten bezüglich der Mittleren Ortszeit (= die übers Jahr gemittelte Sonnenzeit*, also unser Zeitsystem) vor- bzw. nachgehen.

Dieser Unterschied zwischen Wahrer Ortszeit (= Wahre Sonnenzeit) und Mittlerer Ortszeit wird Zeitgleichung genannt. Die Mittlere Ortszeit wäre dann mit der Wahren Ortszeit identisch, wenn die Erdbahn um die Sonne keine Ellipsen- sondern eine exakte Kreisform hätte und die Erdachse senkrecht zu dieser Bahnebene stünde.

Die Wintersonnenwende (heuer am 22. Dezember um 0.03 Uhr MEZ) wird nach heidnischer Tradition noch heute mit Freudenfeuern gefeiert, weil ab diesem Datum in den nördlichen Breiten die Tage wieder länger werden.

Der Zeitpunkt des höchsten oder tiefsten Sonnenstandes im Jahreslauf heißt Solstitium (lat. für "Sonnenstillstand"). Auf seiner scheinbaren jährlichen Bahn bewegt sich unser Zentralgestirn zwischen den Wendekreisen auf 23° 27' nördlicher (= Wendekreis des Krebses) und 23° 27' südlicher (= Wendekreis des Steinbocks) Breite. Am 22. Dezember stand die Sonne im südlichen Solstitialpunkt, d.h die Nordhalbkugel erfuhr den kürzesten Tag und Winteranfang - die Südhalbkugel analog den längsten Tag und Sommeranfang.

* Unsere gesetzliche Zeit CET (= UTC+1) ist praktisch gleichzusetzen mit der Mittleren Sonnenzeit. Sie leitet sich von der Sternzeit ab (die auf dem Sterntag basiert), berücksichtigt die o.g. Erdbahneffekte, ist konstant (Atomsekunde als Zeiteinheit) und stimmt mit dem Sonnenlauf überein.

"Die Bibliotheken füllen sich an mit Büchern, die Geister aber werden immer ärmer an Bildung."
(Geronimo Cardano)

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