Warum es Jahreszeiten gibt
Warum haben wir Jahreszeiten? Warum wechseln sich Frühling, Sommer, Herbst und Winter ab? Viele Menschen glauben, dass der Wechsel von Sommer und Winter durch den unterschiedlichen Abstand der Erde von der Sonne im Lauf des Jahres verursacht wird. Die Erde umkreist die Sonne nämlich nicht auf einer perfekten Kreisbahn. Es gibt Zeiten, in denen die Erde weiter von der Sonne entfernt ist, und andere, in denen sie näher dran ist. Siehe die folgende Abbildung:
Wir sehen, dass die Erde, wenn sie „oben“ ist, weiter von der Sonne entfernt ist als „unten“. Auf den ersten Blick ergibt es also Sinn, dass wir Winter haben, wenn die Erde weiter von der Sonne entfernt ist, und Sommer, wenn sie näher ist. Die Erde ist aber etwa um den fünften Juli am weitesten von der Sonne entfernt und etwa um den vierten Januar am nächsten – es ist also genau umgekehrt: Wenn die Erde am weitesten von der Sonne entfernt ist, haben wir Sommer, wenn sie am nächsten ist, haben wir Winter.
Wir wissen auch, dass auf der Südhalbkugel Winter ist, wenn auf der Nordhalbkugel Sommer ist, und umgekehrt. Wenn es bei uns in Deutschland friert, haben sie in Australien Sommer. Die Jahreszeiten können also nicht durch den unterschiedlichen Abstand der Erde von der Sonne verursacht werden. Wäre das so, müsste auf dem ganzen Planeten Sommer sein, nicht nur auf einer Halbkugel.
In der Abbildung sieht es außerdem so aus, als würde sich der Abstand der Erde von der Sonne dramatisch ändern, in der Realität ist der Unterschied aber viel kleiner. Wenn die Erde der Sonne am nächsten ist, beträgt der Abstand etwa 147 Millionen Kilometer. Wenn sie am weitesten entfernt ist, sind es etwa 152 Millionen Kilometer. Das ist ein Unterschied von etwa drei Prozent, was nicht groß genug ist, um eine so große Wetteränderung zu verursachen, wie wir sie zwischen Sommer und Winter beobachten.
An allem ist die Erdachse schuld
Die Erdachse ist eine gedachte Gerade, um die sich unsere Erde dreht. Und diese Achse ist gegenüber der gedachten Ebene, in der die Erde um die Sonne kreist, leicht geneigt. Schau dir die Abbildung an:
Die Achse ist durch die weißen Linien oben und unten dargestellt, die schwarze Linie quer über die Erde bezeichnet den Äquator. Dieser teilt die Erde in zwei Halbkugeln – in die südliche und die nördliche. Der Pfeil unten gibt die Drehrichtung der Erde um die Achse an. Wir sehen, dass die Achse nicht senkrecht steht, sondern leicht geneigt ist. Schon auf dieser Abbildung können wir erkennen, dass die Sonne viel mehr auf die Südhalbkugel scheint als auf die Nordhalbkugel. Wir können noch weitere Dinge bemerken: Auf den Südpol scheint die Sonne, auf den Nordpol dagegen nicht. Und dieser Zustand wird noch lange andauern. Stell dir vor, ein Tag ist vergangen und die Erde hat sich somit um ihre Achse gedreht. Aufgrund der Ausrichtung der Erde schien die Sonne die ganze Zeit auf den Südpol, die Sonne ging dort überhaupt nicht unter! Und umgekehrt – am Nordpol ging die Sonne den ganzen Tag nicht auf! Und die ganze Zeit beleuchtete die Sonne einen viel größeren Teil der Südhalbkugel als der Nordhalbkugel – auf der Südhalbkugel ist also Sommer und auf der nördlichen Winter. Das passt zu dem, was wir kennen: Im Winter sind die Tage kürzer als im Sommer.
Das erklärt aber noch nicht, warum die Sonne im Winter „kälter“ ist als im Sommer. Gut, im Winter scheint die Sonne seltener, warum, wissen wir schon – aber warum wärmt sie gleichzeitig nicht so, wie sie uns im Sommer wärmt? Dafür ist wiederum der Winkel verantwortlich, unter dem die Strahlen einfallen.
Einfallswinkel der Sonnenstrahlen
Stell dir eine Wand vor, auf die Lichtstrahlen senkrecht auftreffen. Und eine zweite Wand, die gleich lang ist, auf die ebenfalls Lichtstrahlen auftreffen, aber nicht senkrecht – im Vergleich zur ersten Wand ist die zweite Wand um 45 Grad gedreht:
Wir sehen, dass auf die zweite Wand weniger Strahlen auftreffen als auf die erste, obwohl beide Wände gleich lang sind und einer gleich starken Lichtquelle ausgesetzt sind. Und nicht nur das, die Strahlen treffen weiter voneinander entfernt auf. Die zweite Wand wird also nicht so gut beleuchtet wie die erste. Dasselbe gilt für Sonnenstrahlen – es kommt darauf an, unter welchem Winkel sie auf den Boden treffen. Wenn sie senkrecht auftreffen, treffen viele auf den Boden, was wir als Wärme spüren. Wenn sie unter einem kleineren Winkel auftreffen, treffen weniger Strahlen auf den Boden, „weiter voneinander entfernt“, und wir spüren das als Kälte. Dasselbe geschieht auf der Erde:
Alle Strahlen, die senkrecht auf den Boden treffen, treffen auf die Südhalbkugel. Auf der Südhalbkugel treffen so mehr Sonnenstrahlen pro Quadratmeter auf, was dazu führt, dass es dort wärmer ist als auf der Nordhalbkugel, auf die zwar auch Strahlen treffen, aber unter einem kleineren Winkel, sodass dort weniger auftreffen. Deshalb ist es auch nördlich von uns eher kälter und südlich von uns eher wärmer. Nördlich von uns treffen die Sonnenstrahlen unter einem kleineren Winkel auf, und es treffen dort somit weniger auf als bei uns.
