Was wäre, wenn Ihnen jemand sagen würde, dass Sie zu einem bestimmten Zeitpunkt mit Geschwindigkeiten weit über der Schallgeschwindigkeit unterwegs sind? Man könnte sie für verrückt halten, da man – soweit man das beurteilen konnte – auf festem Boden stand und nicht im Cockpit eines Überschalljets. Trotzdem ist die Aussage richtig. Dank der Erdrotation bewegen wir uns alle mit einer Geschwindigkeit von etwa 1.674 Stundenkilometern.
Per Definition ist die Erdrotation die Zeit, die es braucht, um sich einmal um ihre Achse zu drehen. Dies geschieht offenbar einmal täglich – also alle 24 Stunden. Allerdings sind hier eigentlich zwei unterschiedliche Rotationsarten zu berücksichtigen. Da ist zum einen die Zeit, die die Erde braucht, um sich einmal um ihre Achse zu drehen, damit sie im Vergleich zum Rest des Universums dieselbe Ausrichtung einnimmt. Dann ist da noch, wie lange es dauert, bis sich die Erde dreht, damit die Sonne an dieselbe Stelle am Himmel zurückkehrt.
Sonnentag vs. Sterntag:
Wie wir alle wissen, dauert es genau 24 Stunden, bis die Sonne an dieselbe Stelle am Himmel zurückkehrt, was offensichtlich erscheint. 24 Stunden verstehen wir als einen kompletten Tag und die Zeit, die es braucht, um vom Tag zur Nacht und wieder zurück zu wechseln. Aber in Wahrheit braucht die Erde 23 Stunden, 56 Minuten und 4,09 Sekunden, um sich im Vergleich zu den Hintergrundsternen einmal um ihre eigene Achse zu drehen.
Warum der Unterschied? Nun, das liegt daran, dass die Erde um die Sonne kreist und eine Umlaufbahn in etwas mehr als 365 Tagen vollendet. Wenn Sie 24 Stunden durch 365 Tage teilen, bleiben Ihnen ungefähr 4 Minuten pro Tag. Mit anderen Worten, die Erde dreht sich um ihre Achse, aber sie kreist auch um die Sonne, sodass die Position der Sonne am Himmel jeden Tag um 4 Minuten aufgeholt wird.
Der Nachthimmel, der bei Langzeitbelichtung 6 Stunden Rotation zeigt. Bildnachweis: Chris Schur
Die Zeit, die die Erde braucht, um sich einmal um ihre Achse zu drehen, wird als a . bezeichnetSterntag– das sind 23,9344696 Stunden. Da diese Art der Tagesmessung auf der Position der Erde relativ zu den Sternen basiert, verwenden Astronomen sie als Zeitmesssystem, um zu verfolgen, wo Sterne am Nachthimmel erscheinen werden, hauptsächlich damit sie wissen, in welche Richtung sie zeigen müssen Teleskope ein.
Die Zeit, die die Sonne braucht, um an dieselbe Stelle am Himmel zurückzukehren, wird als a . bezeichnetSonnentag, also 24 Stunden. Dieser variiert jedoch im Jahresverlauf, und der kumulierte Effekt führt zu saisonalen Abweichungen von bis zu 16 Minuten vom Durchschnitt. Dies wird durch zwei Faktoren verursacht, darunter die elliptische Umlaufbahn der Erde um die Sonne und ihre axiale Neigung.
Orbit und axiale Neigung:
Wie Johannes Kepler in seinem . angegeben Neue Astronomie (1609) drehen sich die Erde und die Sonnenplaneten nicht in perfekten Kreisen um die Sonne. Dies ist bekannt als Keplers erstes Gesetz , die besagt, dass „die Umlaufbahn eines Planeten um die Sonne eine Ellipse mit dem Massenschwerpunkt der Sonne in einem Brennpunkt ist“. Am Perihel (d. h. am nächsten) ist es 147.095.000 km (91.401.000 mi) von der Sonne entfernt; während es bei Aphel 152.100.000 km (94.500.000 mi) sind.
Diese Entfernungsänderung bedeutet, dass die Umlaufgeschwindigkeit der Erde zunimmt, wenn sie der Sonne am nächsten ist. Während seine durchschnittliche Geschwindigkeit bei etwa 29,8 km/s (18,5 mps) oder 107.000 km/h (66487 mph) liegt, bewegt er sich im Jahresverlauf sogar um volle km pro Sekunde – zwischen 30,29 km/s und 29,29 km/h. s (109.044 – 105.444 km/h; 67.756,8 – 65.519,864 mph).
Die axiale Neigung (oder Schiefe) der Erde und ihre Beziehung zur Rotationsachse und Bahnebene von der Sonne während der Tagundnachtgleiche nach Norden. Bildnachweis: NASA
Bei dieser Geschwindigkeit braucht die Sonne umgerechnet 24 Stunden – also einen Sonnentag –, um eine volle Umdrehung um die Erdachse zu vollenden und zum Meridian (einem Punkt auf der Erdkugel, der von Nord nach Süd durch die Pole verläuft) zurückzukehren. Vom Aussichtspunkt über den Nordpolen von Sonne und Erde aus betrachtet, kreist die Erde gegen den Uhrzeigersinn um die Sonne.
Diese Erdrotation um die Sonne oder die Präzession der Sonne durch die Tagundnachtgleichen ist der Grund, warum ein Jahr ungefähr 365,2 Tage dauert. Auch aus diesem Grund ist alle vier Jahre ein zusätzlicher Tag erforderlich (ein 29. Februar in jedem Schaltjahr). Außerdem unterliegt die Rotation der Erde um die Sonne einer leichten Exzentrizität von (0,0167°), was bedeutet, dass sie sich zu bestimmten Jahreszeiten periodisch näher oder weiter von der Sonne entfernt befindet.
Auch die Erdachse ist um etwa 23,439° zur Ekliptik geneigt. Dies bedeutet, dass, wenn die Sonne den Äquator an beiden Tagundnachtgleichen überquert, ihre tägliche Verschiebung relativ zu den Hintergrundsternen in einem Winkel zum Äquator ist. Im Juni und Dezember, wenn die Sonne am weitesten vom Himmelsäquator entfernt ist, entspricht eine gegebene Verschiebung entlang der Ekliptik einer großen Verschiebung am Äquator.
Daher sind die scheinbaren Sonnentage im März und September kürzer als im Juni oder Dezember. In den nördlichen gemäßigten Breiten geht die Sonne während der Sommersonnenwende nördlich des wahren Ostens auf und nördlich des wahren Westens unter und dreht sich im Winter um. Die Sonne geht im Sommer für die südliche gemäßigte Zone südlich des wahren Ostens auf und geht südlich des wahren Westens unter.
Rotationsgeschwindigkeit:
Wie bereits erwähnt, dreht sich die Erde ziemlich schnell. Tatsächlich haben Wissenschaftler festgestellt, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Erde am Äquator 1.674,4 km/h beträgt. Dies bedeutet, dass eine Person allein durch das Stehen auf dem Äquator bereits mit einer Geschwindigkeit über der Schallgeschwindigkeit im Kreis reisen würde. Aber ähnlich wie bei der Messung eines Tages kann die Erdrotation auf zwei verschiedene Arten gemessen werden.
Die Rotationsperiode der Erde relativ zu den Fixsternen ist als 'stellarer Tag' bekannt, was 86.164,098903691 Sekunden der mittleren Sonnenzeit (oder 23 Stunden, 56 Minuten und 4,0989 Sekunden) beträgt. Die Rotationsperiode der Erde relativ zur präzessiven oder gleitenden mittleren Frühlings-Tagundnachtgleiche beträgt 23 Stunden 56 Minuten und 4,0905 Sekunden mittlere Sonnenzeit. Kein großer Unterschied, aber dennoch ein Unterschied.
Der Planet verlangsamt sich jedoch im Laufe der Zeit aufgrund der Gezeitenwirkungen des Mondes auf die Erdrotation leicht. Atomuhren zeigen, dass ein moderner Tag etwa 1,7 Millisekunden länger ist als vor einem Jahrhundert, wodurch die Geschwindigkeit, mit der UTC um Schaltsekunden angepasst wird, langsam erhöht wird. Auch die Erdrotation geht von Westen nach Osten, weshalb die Sonne im Osten auf- und im Westen untergeht.
Visualisierung eines siderischen Tages im Vergleich zu einem Sonnentag. Bildnachweis: quora.com
Entstehung der Erde:
Eine weitere interessante Sache über die Erdrotation ist, wie alles begann. Im Grunde ist die Rotation des Planeten auf den Drehimpuls aller Teilchen zurückzuführen, die vor 4,6 Milliarden Jahren zusammenkamen, um unseren Planeten zu erschaffen. Zuvor waren die Erde, die Sonne und der Rest des Sonnensystems Teil einer riesigen Molekülwolke aus Wasserstoff, Helium und anderen schwereren Elementen.
Als die Wolke nach unten kollabierte, brachte der Impuls aller Partikel die Wolke zum Rotieren. Die aktuelle Rotationsperiode der Erde ist das Ergebnis dieser anfänglichen Rotation und anderer Faktoren, einschließlich der Gezeitenreibung und des hypothetischen Einflusses von Theia – eine Kollision mit einem marsgroßen Objekt, von der angenommen wird, dass sie ca. vor 4,5 Milliarden Jahren und bildete den Mond.
Diese schnelle Rotation gibt der Erde auch ihre Form, indem sie sie zu einem abgeplatteten Sphäroid (oder was wie eine zerquetschte Kugel aussieht) abflacht. Diese besondere Form unseres Planeten führt dazu, dass die Punkte entlang des Äquators tatsächlich weiter vom Erdmittelpunkt entfernt sind als an den Polen.
Künstlerische Darstellung, wie das Sonnensystem in den frühen Stadien der Entstehung aussah, als Staubwolke, die einen Stern umkreist. Bildnachweis: JPL/NASA
Geschichte des Studiums:
In der Antike glaubten Astronomen natürlich, dass die Erde ein fester Körper im Kosmos ist und dass sich die Sonne, der Mond, die Planeten und Sterne alle um sie drehen. In der Antike wurde dies von Philosophen und Astronomen wie Aristoteles und Ptolemäus in kosmologische Systeme formalisiert – das später als ptolemäisches Modell (oder Geozentrisches Modell ) des Universums.
Es gab jedoch in der Antike diejenigen, die diese Konvention in Frage stellten. Ein Streitpunkt war die Tatsache, dass die Erde nicht nur feststehend war, sondern sich auch nicht drehte. So veröffentlichte beispielsweise Aristarchos von Samos (ca. 310 – 230 v. Chr.) Schriften zu diesem Thema, die von seinen Zeitgenossen (wie Archimedes) zitiert wurden. Nach Archimedes vertrat Aristarchos die Ansicht, dass sich die Erde um die Sonne dreht und das Universum um ein Vielfaches größer ist als bisher angenommen.
Und dann war da noch Seleukis von Seleukia (ca. 190 – 150 v. Chr.), ein hellenistischer Astronom, der im nahöstlichen Seleukidenreich lebte. Seleukos war ein Befürworter des heliozentrischen Systems von Aristarch und hat es möglicherweise sogar bewiesen, indem er die Planetenpositionen und die Umdrehung der Erde um den Erd-Mond-Massenschwerpunkt genau berechnete.
Eine Illustration des ptolemäischen geozentrischen Systems des portugiesischen Kosmographen und Kartographen Bartolomeu Velho, 1568. Quelle: Bibliothèque Nationale, Paris
Das geozentrische Modell des Universums würde auch von mittelalterlichen islamischen und indischen Gelehrten in Frage gestellt. Zum Beispiel veröffentlichte der indische Astronom Aaryabhata 499 n. Chr. sein Opus Magnum Aryabhatiya , in dem er ein Modell vorschlug, bei dem sich die Erde um ihre Achse drehte und die Perioden der Planeten in Bezug auf die Sonne angegeben wurden.
Der iranische Astronom Abu Sa’id al-Sijzi aus dem 10. Ungefähr zur gleichen Zeit diskutierte Abu Rayhan Biruni 973 – 1048) die Möglichkeit, dass sich die Erde um ihre eigene Achse und um die Sonne dreht – obwohl er dies für eine philosophische und keine mathematische Frage hielt.
Am Observatorium Maragha und Ulugh Beg (alias Samarkand) wurde die Erdrotation zwischen dem 13. und 15. Jahrhundert von mehreren Generationen von Astronomen diskutiert, und viele der vorgebrachten Argumente und Beweise ähnelten denen von Kopernikus. Zu dieser Zeit veröffentlichte Nilakantha Somayaji auch dieAryabhatiyabhasya(ein Kommentar zumAryabhatiya), in dem er ein teilweise heliozentrisches Planetenmodell befürwortete. Es folgte im Jahr 1500 die Tantrasangraha, in dem Somayaji die Rotation der Erde um ihre Achse einbezog.
Im 14. Jahrhundert begannen in Europa Aspekte des Heliozentrismus und einer bewegten Erde aufzutauchen. Zum Beispiel diskutierte die französische Philosophin Bischof Nicole Oresme (ca. 1320-1325 bis 1382 n. Chr.) die Möglichkeit, dass sich die Erde um ihre eigene Achse dreht. Den größten Einfluss auf die moderne Astronomie hatte jedoch der polnische Astronom Nicolaus Copernicus, als er 1514 seine Ideen über ein heliozentrisches Universum in einer kurzen Abhandlung mit dem Titel . veröffentlichte Kommentar („Kleiner Kommentar“).
Ein Vergleich der geozentrischen und heliozentrischen Modelle des Universums. Bildnachweis: history.ucsb.edu
Wie andere vor ihm baute Kopernikus auf der Arbeit des griechischen Astronomen Atistarchus auf und huldigte der Maragha-Schule und mehreren bemerkenswerten Philosophen aus der islamischen Welt (siehe unten). Intrinsisch für sein Modell war die Tatsache, dass sich die Erde und alle anderen Planeten um die Sonne drehten, aber auch, dass sich die Erde um ihre Achse drehte und vom Mond umkreist wurde.
Rechtzeitig und dank Wissenschaftlern wie Galileo und Herr Isaac Newton , würde die Bewegung und Revolution unseres Planeten zu einer anerkannten wissenschaftlichen Konvention werden. Mit dem Aufkommen des Weltraumzeitalters, dem Einsatz von Satelliten und Atomuhren, haben wir nicht nur bestätigt, dass es in ständiger Bewegung ist, sondern konnten auch seine Umlaufbahn und Rotation mit unglaublicher Genauigkeit messen.
Kurz gesagt, die Welt hat sich seit ihrer Gründung gedreht. Und im Gegensatz zu dem, was manche sagen könnten, ist es tatsächlichistverlangsamen, wenn auch mit einer unglaublich langsamen Geschwindigkeit. Aber wenn sie sich deutlich verlangsamt, werden wir natürlich wahrscheinlich aufgehört haben zu existieren oder ihre „mürrischen Bindungen“ abgelöst haben und zu einer interplanetaren Spezies werden.
Wir haben hier bei Universe Today viele interessante Artikel über die Bewegungen der Erde geschrieben. Hier ist Wie schnell dreht sich die Erde? , Umlaufbahn der Erde um die Sonne , Wie schnell dreht sich die Erde? , Warum dreht sich die Erde? , Was würde passieren, wenn sich die Erde nicht mehr dreht? , und Was ist der Unterschied zwischen dem heliozentrischen und dem geozentrischen Modell des Sonnensystems?
Weitere Informationen zur Erdrotation finden Sie unter Der NASA-Leitfaden zur Erforschung des Sonnensystems auf der Erde . Und hier ist ein Link zu Erdobservatorium der NASA .
Wir haben auch eine Episode von Astronomy Cast aufgenommen alles über die Erde . Hör zu, Folge 51: Erde .
