Wie bewegt sich die Erde?

Jeden Morgen sehen wir, wie die Sonne aufgeht, über den Himmel wandert und abends wieder untergeht. Für uns sieht es so aus, als bewege sich die Sonne um die Erde. Noch bis ins späte Mittelalter hinein haben viele Menschen tatsächlich geglaubt, die Erde stehe still in der Mitte des Universums und alles kreise um sie herum.

Heute wissen wir, dass es genau umgekehrt ist: Tag und Nacht erleben wir, weil sich die Erde dreht. Und die Erde steht weder still noch im Mittelpunkt, sondern sie kreist um die Sonne.

Dabei hält die Anziehungskraft der Sonne die Erde fest, wie an einer langen Leine. Genauer gesagt: einer fast 150 Millionen Kilometer langen Leine. So groß ist der Abstand, in dem die Erde um die Sonne kreist.

Die Zeit, die die Erde für eine Umkreisung braucht, nennen wir ein Jahr. In dieser Zeit legt die Erde eine Strecke von etwa 940 Millionen Kilometern zurück. Das bedeutet, sie rast mit einer Geschwindigkeit von über 100000 km/h durchs All! (Das sind fast dreißig Kilometer pro Sekunde.)

Übrigens ist die Erdumlaufbahn nicht exakt kreisrund, sondern ein ganz kleines bisschen in die Länge gezogen: Anfang Januar steht die Erde der Sonne am nächsten. Ein halbes Jahr später, Anfang Juli, ist der Abstand am größten. Die Erde ist dann ein paar Millionen Kilometer weiter von der Sonne entfernt als im Januar. Mit dem Wechsel der Jahrszeiten hat das aber nichts zu tun: Der Unterschied ist so klein, dass sich die Menge an Sonnenlicht kaum ändert. (Und außerdem ist ja, wenn die Erde im Januar näher an der Sonne steht, bei uns auf der Nordhalbkugel Winter.)

Lebenslänglich für Galilei

Kirche zwingt den bekannten Wissenschaftler in die Knie

Im Prozess gegen den Mathematiker und Astronom Galileo Galilei (68) ist das Urteil gefallen. Die Richter der katholischen Kirche sind sich einig: Galileis „kopernikanisches Weltbild“ widerspricht der Bibel. Galileis Behauptung, die Erde drehe sich um die Sonne, wurde für falsch und nicht nachgewiesen erklärt.

Im römischen Dominikanerkloster Santa Maria musste der Professor der Mathematik bereits kniend vor den Wächtern der katholischen Kirche seiner Lehre abschwören. Statt Kerker droht Galilei nun lebenslanger Hausarrest. Seine Bücher dürfen ab sofort nicht mehr veröffentlicht werden.

Galilei hatte für seine Forschungen über Jahre hinweg den Sternenhimmel beobachtet. Dazu bediente er sich des neuesten technischen Werkzeugs, des unlängst erfundenen „Fernrohrs“. Seine Beobachtungen ließen nur einen Schluss zu: Die Erde kreist – wie die anderen Planeten – um die Sonne. Die Kirche warnte ihn mehrfach, er solle mit solchen Behauptungen vorsichtig sein. Trotzdem war der Wissenschaftler vehement für dieses „kopernikanische Weltbild“ eingetreten.

Die Veröffentlichung seines Buches „Dialogo“ brachte das Fass zum Überlaufen: Papst Urban VIII reagierte beleidigt, und so wurde Galilei in Rom vor Gericht gestellt. Die Kirche besteht weiterhin auf einer wortwörtlichen Auslegung der Heiligen Schrift, solange keine eindeutigen Beweise dagegen sprechen.

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Galileo Galilei
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Unterschrift von Galileo Galilei auf Prozessdokumenten
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Nikolaus Kopernikus
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Ausstellung von Kopernikus Manuskripten
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Kopernikus verboten

Zusammen mit der Verurteilung von Galileo Galilei verbot die Kirche auch die Lehre des Wissenschaftlers Nicolaus Kopernikus. Seine vor fast einhundert Jahren veröffentlichte Theorie bildete die Grundlage für Galileis wissenschaftliche Arbeit.

Der Mediziner und engagierte Hobbyastronom Nicolaus Kopernikus hatte in seinem Todesjahr 1543 das Buch „Über die Umschwünge der himmlischen Kreise“ veröffentlicht. Darin widersprach er der offiziellen Meinung der Kirche. Er behauptete, dass die Erde nicht der Mittelpunkt der Welt sei, sondern ein Planet, der sich um sich selbst und um die Sonne drehe.

Kopernikus muss geahnt haben, was diese Erkenntnisse bedeuten und fürchtete die Strafe der Kirche. Erst kurz vor seinem Tod erlaubte er, dass sein Buch veröffentlicht wird. Ohne sein Wissen fügte jedoch ein Geistlicher ein Vorwort hinzu. Das „Kopernikanische Weltbild“ wurde darin nur als reine Hypothese und Rechenhilfe dargestellt, nicht als bewiesene Behauptung. Kopernikus konnte nicht widersprechen: Die erste Veröffentlichung seines Buches erlebte er nicht mehr.

Warum gibt es Tag und Nacht?

Wir verbringen unser Leben im Rhythmus von Tag und Nacht: Morgens wird es hell, wir stehen auf. Tagsüber gehen wir zur Schule oder arbeiten, treffen uns mit Freunden, treiben Sport. Abends wird es dunkel, wir gehen ins Bett, und in der Nacht schlafen wir. Am nächsten Morgen beginnt der gleiche Ablauf von neuem, Tag für Tag, unser ganzes Leben lang. Der Wechsel von Tag und Nacht ist für uns so selbstverständlich, dass die Frage beinahe überraschend klingt: Warum gibt es eigentlich Tag und Nacht?

Auf der sonnenbeschienenen Seite der Erde ist Tag, auf der Rückseite Nacht.
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Auf den ersten Blick ist die Antwort ganz leicht: Es wird Tag, weil die Sonne aufgeht. Dann zieht sie in einem Bogen über den Himmel, verschwindet schließlich hinter dem Horizont und es wird Nacht. Man könnte also meinen, Tag und Nacht wechseln sich ab, weil die Sonne wandert.

Aber dieser Eindruck täuscht: In Wirklichkeit leben wir Menschen auf einer Kugel, die sich dreht: die Erde. Die Sonne steht still und beleuchtet die Erdkugel – aber immer nur eine Seite. Dort ist es dann hell, und wenn unser Wohnort auf dieser Seite liegt, ist für uns gerade Tag.

Aber weil sich die Erde ja dreht, wandert dieser Ort weiter. Für uns sieht das so aus, als ob die Sonne über den Himmel wandert. Und wenn sich unser Ort über den Rand der hellen Seite hinweg dreht, können wir die Sonne nicht mehr sehen: Sie geht unter und es wird dunkle Nacht. Zum Glück dreht sich die Erde aber weiter, und so kommen wir auch wieder auf die Sonnenseite, es wird wieder hell und ein neuer Tag beginnt. Wenn sich die Erde einmal um ihre eigene Achse gedreht hat, ist für uns ein Tag – also 24 Stunden – vergangen.

Und in welche Richtung dreht sich die Erde? Aus einem Raumschiff könnte man sofort sehen, dass sich die Erde nach Osten dreht. Auf der Erdoberfläche muss man etwas nachdenken: Für uns sieht es so aus, als ob morgens die Sonne aus dem Osten kommt. Aber in Wirklichkeit ist es so, dass wir uns am Morgen zur Sonne hindrehen, also nach Osten.

Das bedeutet auch: Östlich von uns scheint die Sonne schon. Sie geht also im Osten früher auf – und zwar um so früher, je weiter man nach Osten geht: In Dresden zum Beispiel geht die Sonne fast eine halbe Stunde früher auf als in Köln. Und wer vormittags aus dem Thailand-Urlaub in Deutschland anruft, klingelt seinen Gesprächspartner aus dem Tiefschlaf: Dort beginnt der Tag schon sechs Stunden früher. In Neuseeland schließlich, fast genau auf der anderen Seite der Welt, ist immer dann Tag, wenn bei uns Nacht ist – und umgekehrt.

Was ist unser Sonnensystem und wie ist es entstanden?

Die Erde ist nicht allein im All: Seit langem beobachten die Menschen Sonne, Mond und Sterne am Himmel. Dabei haben sie schon früh entdeckt, dass sich einige Sterne bewegen. Diese wandernden Sterne wurden beobachtet und ihre Wege verfolgt. Doch lange Zeit verstand man ihre Bewegungen nicht – bis vor etwa fünfhundert Jahren ein Mann mit dem Namen Nikolaus Kopernikus das Rätsel löste: Die Erde und die „wandernden Sterne“ sind in Wirklichkeit Planeten, die alle in verschiedenem Abstand um die Sonne kreisen.

Die Anordnung der Planeten
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Heute kennen wir acht Planeten. Um sich ihre Namen in der richtigen Reihenfolge zu merken, helfen die Anfangsbuchstaben des Satzes „Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.“ – oder kurz: M-V-E-M-J-S-U-N.

So muss man sich die Entstehung des Sonnensystems vorstellen
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Merkur ist der Planet, der am nächsten an der Sonne kreist. Dann kommen Venus, Erde und Mars. Diese vier inneren Planeten haben eine feste Oberfläche aus Gestein und sind noch verhältnismäßig nah an der Sonne – nur einige hundert Millionen Kilometer.

Weiter draußen, im Abstand von etwa einem bis 4,5 Milliarden Kilometern von der Sonne entfernt, kreisen die äußeren Planeten: Jupiter, Saturn mit seinen Ringen, Uranus und ganz außen Neptun. Sie bestehen aus Gas (vor allem Wasserstoff und Helium) und sind viel größer als die inneren Planeten. Jupiter und Saturn sind etwa zehn Mal so groß wie die Erde, deshalb nennt man sie auch die Gasriesen.

Und schließlich gibt es noch Asteroiden, Kometen und Staubwolken, die auch um die Sonne kreisen. Die Anziehungskraft der Sonne hält alle diese Himmelskörper zusammen und zwingt sie, wie an einer langen Leine im Kreis zu fliegen. Alles zusammen nennt man das Sonnensystem. Auch die Monde gehören dazu – aber sie werden von der Anziehungskraft der Planeten festgehalten.

Aber warum hat die Sonne überhaupt Planeten? Das hängt damit zusammen, wie die Sonne entstanden ist: Eine Wolke aus Gas und Staub zog sich durch ihre eigene Schwerkraft zusammen und wurde zu einem Stern. Doch nicht alles Material dieser Wolke wurde im Stern „verbaut“ – etwa ein Prozent blieb übrig. Und als die Sonne dann zu leuchten begann, drückte die Strahlung die restliche Materie wieder nach außen.

Die leichten Gase wurden dabei weit nach außen geschoben, der schwerere Staub und Gesteinsbrocken blieben in der Nähe der Sonne. Aus diesen Staub- und Gaswolken entstanden im Laufe der Zeit die Planeten. Daher gibt es im Sonnensystem außen die Gasplaneten, weiter innen die Gesteinsplaneten – darunter unsere Erde – und ganz in der Mitte die Sonne. Sie enthält 99% der Masse des Sonnensystems und hält mit ihrer Schwerkraft alles zusammen.

Warum gibt es Jahreszeiten?

Wir genießen die ersten warmen Sonnenstrahlen im Frühling, freuen uns auf Schwimmbadbesuche im Sommer und stapfen im Herbst durch buntes Laub. Spätestens im Dezember holen wir unsere dicken Pullover aus dem Schrank, denn in den Wintermonaten kann es ganz schön kalt werden – und meistens schneit es auch. Die Jahreszeiten beeinflussen unser Leben, aber auch das der Pflanzen und Tiere. Doch wie kommt es zu diesem Wechsel der Jahreszeiten?

Herbst
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Der auffälligste Unterschied zwischen den Jahreszeiten: Im Sommer ist es warm, im Winter kalt. Die Wärme stammt vor allem von der Sonne, also muss der Unterschied zwischen Sommer und Winter etwas mit der Sonne zu tun haben.

Winter
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Tatsächlich gibt es gleich mehrere Gründe: So sind im Sommer die Tage lang und die Nächte kurz. Luft und Erdboden haben also im Sommer tagsüber viel Zeit, sich aufzuwärmen, und kühlen in der kurzen Nacht nur wenig ab. Im Winter ist es umgekehrt: Die Sonne bringt nur kurze Zeit etwas Wärme, in den langen Nächten kühlen Luft und Boden aus.

Frühling
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Außerdem sind die wärmenden Sonnenstrahlen im Winter schwächer. Verglichen mit dem Sommer steht die Sonne tiefer am Himmel. Die Sonnenstrahlen treffen also flacher auf den Boden. Dadurch verteilt sich das Sonnenlicht auf eine größere Fläche, so dass jede einzelne Stelle am Boden weniger Licht und Wärme abbekommt. Noch dazu müssen die flachen Sonnenstrahlen einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen, dabei geht mehr Energie verloren.

Sommer
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Im Sommer steht dagegen die Sonne hoch am Himmel. Die Lichtstrahlen treffen steil auf den Boden und bringen viel Wärme mit.

Aber während wir uns auf der Nordhalbkugel über den warmen Sommer freuen, ist auf der Südhalbkugel Winter. Denn ob die Sonne hoch oder tief am Himmel steht und ob die Tage lang oder kurz sind, hängt davon ab, ob gerade die Nord- oder die Südhalbkugel zur Sonne hin geneigt ist.

In der Nähe des Äquators ändern sich Tageslänge und Sonnenstand im Laufe des Jahres nur wenig, so dass es dort das ganze Jahr über tropisch heiß ist.

Wozu gibt es Schaltjahre?

Wenn ein Jahr zu Ende geht, sind auf unserem Kalender 365 Tage vergangen. Es gibt aber auch Jahre, die einen Tag zusätzlich haben: den 29. Februar. Diese Jahre nennt man Schaltjahre, aber warum gibt es sie überhaupt?

Dieses Datum gibt es nur alle vier Jahre.
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Ein Jahr ist die Zeit, in der die Erde einmal die Sonne umrundet. Doch dabei gibt es ein Problem: Die Erde braucht für ihre Umrundung genau 365 Tage, 5 Stunden, 48 Minuten und 46 Sekunden. Im Kalender kann ein Jahr aber nur ganze Tage haben. Das Kalenderjahr fängt also knapp 6 Stunden zu früh an!

Bei einem Jahr fallen die paar Stunden gar nicht groß auf. Aber wenn man einfach weiterzählt, kommen jedes Jahr wieder sechs Stunden dazu. Nach vier Jahren wäre der Kalender schon einen ganzen Tag zu früh dran, nach hundert Jahren schon fast einen Monat – und nach sechshundert Jahren wäre im Juli tiefster Winter!

Damit das nicht passiert, hat man eine einfache Lösung gefunden: Man verlängert alle vier Jahre das Jahr um einen Tag. In diesen „Schaltjahren“ hat der Februar statt 28 dann 29 Tage. Dann stimmt der Kalender wieder mit der Erdbewegung überein.

(Das reicht leider noch nicht ganz. Das Jahr ist nicht genau sechs Stunden zu lang. So liegt diese Methode jedes Jahr um elf Minuten und vierzehn Sekunden daneben. Um diesen Unterschied auch noch auszugleichen, gibt es noch zwei Zusatzregeln: Jahre, die durch 100 teilbar sind, sind keine Schaltjahre – aber wenn die Jahreszahl durch 400 teilbar ist, dann doch wieder.)