Seit Nicolaus Copernicus im 16. Jahrhundert zeigte, dass sich die Erde um die Sonne dreht, haben Wissenschaftler unermüdlich daran gearbeitet, den Zusammenhang mathematisch zu verstehen. Wenn dieser helle Himmelskörper – von dem die Jahreszeiten, der Tageszyklus und alles Leben auf der Erde abhängt – sich nicht um uns dreht, wie genau ist dann unsere Umlaufbahn um ihn herum?
Seit mehreren Jahrhunderten wenden Astronomen die wissenschaftliche Methode an, um diese Frage zu beantworten, und haben festgestellt, dass die Umlaufbahn der Erde um die Sonne hat viele faszinierende Eigenschaften. Und was sie herausgefunden haben, hat uns geholfen zu verstehen, warum wir Zeit so messen, wie wir es tun.
Orbitale Eigenschaften:
Zunächst einmal beträgt die Geschwindigkeit der Erdumlaufbahn um die Sonne 108.000 km/h, was bedeutet, dass unser Planet während einer einzigen Umlaufbahn 940 Millionen km zurücklegt. Die Erde absolviert alle 365,242199 mittleren Sonnentage eine Umlaufbahn, eine Tatsache, die sehr gut erklärt, warum alle vier Jahre (auch bekannt als während eines Schaltjahres) ein zusätzlicher Kalendertag benötigt wird.
Die Entfernung des Planeten von der Sonne variiert während seiner Umlaufbahn. Tatsächlich ist die Erde von Tag zu Tag nie gleich weit von der Sonne entfernt. Wenn die Erde der Sonne am nächsten ist, spricht man von einem Perihel. Dies geschieht jedes Jahr um den 3. Januar herum, wenn sich die Erde in einer Entfernung von etwa 147.098.074 km befindet.
Die durchschnittliche Entfernung der Erde von der Sonne beträgt etwa 149,6 Millionen km, was auch als eine Astronomische Einheit (AE) bezeichnet wird. Wenn die Erde am weitesten von der Sonne entfernt ist, befindet sie sich im Aphel – was um den 4. Juli herum passiert, wenn die Erde eine Entfernung von etwa 152.097.701 km erreicht.
Und diejenigen von Ihnen auf der Nordhalbkugel werden feststellen, dass „warmes“ oder „kaltes“ Wetter nicht mit der Sonnennähe der Erde übereinstimmt. Das wird durch die axiale Neigung bestimmt (siehe unten).
Elliptische Umlaufbahn:
Als nächstes gibt es die Natur der Erdumlaufbahn. Anstatt ein perfekter Kreis zu sein, bewegt sich die Erde in einem ausgedehnten kreisförmigen oder ovalen Muster um die Sonne. Dies ist eine sogenannte „elliptische“ Umlaufbahn. Dieses Bahnmuster wurde erstmals von Johannes Kepler, einem deutschen Mathematiker und Astronomen, in seinem bahnbrechenden Werk beschriebenneue Astronomie(Neue Astronomie).
Eine Illustration der drei Bewegungsgesetze von Kepler, die zwei Planeten zeigen, die elliptische Bahnen um die Sonne haben. Bildnachweis: Wikipedia/Hankwang
Nachdem er die Umlaufbahnen von Erde und Mars gemessen hatte, stellte er fest, dass sich die Umlaufbahnen beider Planeten manchmal zu beschleunigen oder zu verlangsamen schienen. Dies fiel direkt mit dem Aphel und Perihel der Planeten zusammen, was bedeutet, dass der Abstand der Planeten von der Sonne in direktem Zusammenhang mit der Geschwindigkeit ihrer Umlaufbahnen stand. Es bedeutete auch, dass sowohl die Erde als auch der Mars die Sonne nicht in perfekt kreisförmigen Mustern umkreisten.
Bei der Beschreibung der Natur elliptischer Bahnen verwenden Wissenschaftler einen als „Exzentrizität“ bekannten Faktor, der in Form einer Zahl zwischen null und eins ausgedrückt wird. Wenn die Exzentrizität eines Planeten nahe Null ist, ist die Ellipse fast ein Kreis. Wenn sie nahe bei eins liegt, ist die Ellipse lang und schlank.
Die Umlaufbahn der Erde hat eine Exzentrizität von weniger als 0,02, was bedeutet, dass sie einer Kreisbahn sehr nahe kommt. Deshalb ist der Unterschied zwischen der Entfernung der Erde von der Sonne im Perihel und Aphel sehr gering – weniger als 5 Millionen km.
Saisonale Änderung:
Drittens spielt die Umlaufbahn der Erde in den Jahreszeiten, auf die wir oben Bezug genommen haben. Die vier Jahreszeiten werden dadurch bestimmt, dass die Erde um 23,4° um ihre vertikale Achse geneigt ist, was als „axiale Neigung“ bezeichnet wird. Diese Eigenart in unserer Umlaufbahn bestimmt die Sonnenwenden – den Punkt in der Umlaufbahn der maximalen axialen Neigung zur Sonne oder von ihr weg – und die Tagundnachtgleichen, wenn die Richtung der Neigung und die Richtung zur Sonne senkrecht sind.
Im Laufe eines Jahres bleibt die Ausrichtung der Achse im Raum fixiert, wodurch sich die Verteilung der Sonnenstrahlung ändert. Bildnachweis: NOAA/Thomas G. Andrews
Kurz gesagt, wenn die Nordhalbkugel von der Sonne weg geneigt ist, erlebt sie Winter, während die Südhalbkugel Sommer erlebt. Sechs Monate später, wenn die Nordhalbkugel zur Sonne geneigt ist, kehrt sich die jahreszeitliche Reihenfolge um.
Auf der Nordhalbkugel findet die Wintersonnenwende um den 21. Dezember herum, die Sommersonnenwende um den 21. Juni herum, die Frühlings-Tagundnachtgleiche um den 20. März und die Herbst-Tagundnachtgleiche um den 23. September herum. Die axiale Neigung auf der Südhalbkugel ist genau entgegengesetzt zur Richtung auf der Nordhalbkugel. Damit kehren sich die saisonalen Effekte im Süden um.
Es stimmt zwar, dass die Erde ein Perihel oder einen Punkt hat, an dem sie der Sonne am nächsten ist, und ein Aphel, ihren am weitesten von der Sonne entfernten Punkt, aber der Unterschied zwischen diesen Entfernungen ist zu gering, um einen signifikanten Einfluss auf die Jahreszeiten der Erde zu haben und Klima.
Lagrange-Punkte:
Eine weitere interessante Eigenschaft der Erdumlaufbahn um die Sonne hat mit . zu tun Lagrange-Punkte . Dies sind die fünf Positionen in der Orbitalkonfiguration der Erde um die Sonne, an denen die kombinierte Anziehungskraft der Erde und der Sonne genau die Zentripetalkraft liefert, die für eine Umlaufbahn mit ihnen erforderlich ist.
Sonne-Erde Lagrange-Punkte. Bildnachweis: Xander89/Wikimedia Commons
Die fünf Lagrange-Punkte zwischen der Erde werden (etwas einfallslos) mit L1 bis L5 bezeichnet. L1, L2 und L3 liegen auf einer geraden Linie, die durch Erde und Sonne verläuft. L1 sitzt zwischen ihnen, L3 befindet sich auf der der Erde gegenüberliegenden Seite der Sonne und L2 befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Erde von L1. Diese drei Lagrange-Punkte sind instabil, d. h., ein Satellit, der an einem von ihnen platziert ist, bewegt sich bei geringster Störung vom Kurs ab.
Die Punkte L4 und L5 liegen an den Spitzen der beiden gleichseitigen Dreiecke, wo Sonne und Erde die beiden unteren Punkte bilden. Diese Punkte liegen entlang der Erdumlaufbahn, mit L4 60° dahinter und L5 60° voraus. Diese beiden Lagrange Points sind stabil und deshalb beliebte Ziele für Satelliten und Weltraumteleskope.
Das Studium der Erdumlaufbahn um die Sonne hat Wissenschaftlern auch viel über andere Planeten gelehrt. Zu wissen, wo sich ein Planet im Verhältnis zu seinem Mutterstern befindet, seine Umlaufzeit, seine axiale Neigung und eine Vielzahl anderer Faktoren sind alle von zentraler Bedeutung, um zu bestimmen, ob Leben auf einem Planeten existieren kann und ob Menschen eines Tages leben könnten oder nicht dort.
Wir haben hier bei Universe Today viele interessante Artikel über die Umlaufbahn der Erde geschrieben. Hier ist 10 interessante Fakten über die Erde , Wie weit ist die Erde von der Sonne entfernt? , Was ist die Rotation der Erde? , Warum gibt es Jahreszeiten? , und Was ist die axiale Neigung der Erde?
Weitere Informationen finden Sie in diesem Artikel über NASA – Window’s to the Universe Artikel über elliptische Bahnen oder schau dir die NASAs an Erde: Übersicht .
Astronomy Cast enthält auch Espidos, die für das Thema relevant sind. Hier ist BQuestions Show: Schwarze Schwarze Löcher, Ungleichgewicht der Erde und Weltraumverschmutzung .
Quellen:
