Warum geht die Sonne im Osten auf und im Westen unter?

An heißen Sommertagen freut man sich über einen kühlen Schatten, im Winter dagegen möchte man nicht im Schatten stehen und frieren. Doch die Welt ist ungerecht: Ausgerechnet im Sommer sind die Schatten kurz, denn die Sonne steht hoch am Himmel. Und im Winter steht die Sonne so niedrig, dass selbst kleine Hügel lange Schatten werfen. Aber warum steht die Sonne eigentlich unterschiedlich hoch am Himmel?

In Wirklichkeit steht die Sonne immer an der gleichen Stelle, im Mittelpunkt des Sonnensystems. Nur von unserem Standpunkt sieht es so aus, als ob die Sonne aus unterschiedlichen Richtungen kommt. Das liegt daran, dass wir auf einer Kugel leben.

Wie das Licht von der Sonne auf der Erdkugel ankommt, hängt davon ab, wo man auf dieser Kugel steht. Wenn man genau am „Bauch“ steht, also der Stelle, die genau zur Sonne hin gerichtet ist, treffen die Lichtstrahlen genau im rechten Winkel auf die Kugeloberfläche. Die Sonne steht also genau über einem am Himmel.

Wenn man von dort nach Norden geht, krümmt sich die Erdoberfläche von der Sonne weg. Deshalb treffen die Sonnenstrahlen nicht mehr im rechten Winkel auf, sondern schräg, aus südlicher Richtung. Von der Erde aus steht dann die Sonne nicht mehr genau über einem, sondern etwas im Süden.

Und je weiter man nach Norden geht, um so flacher treffen die Lichtstrahlen auf, das heißt: um so tiefer steht die Sonne über dem Horizont. Geht man dagegen vom „Bauch“ aus nach Süden, ist es genau umgekehrt: Die Sonne scheint von Norden zu kommen, und zwar um so flacher, je weiter man nach Süden geht.

Das ist aber noch nicht alles: Da die Erdachse schief steht, ändert sich unsere Stellung zur Sonne im Laufe eines Jahres. Im Sommer, wenn die Nordhalbkugel der Erde zur Sonne hingekippt ist, sind wir näher am „Bauch“. Die Sonnenstrahlen treffen daher in steilerem Winkel auf die Erde auf und die Sonne steht höher am Himmel. Im Winter dagegen ist die Nordhalbkugel von der Sonne weg gekippt und wir sind weiter vom „Bauch“ entfernt. Das Licht trifft dann flacher auf die Erde und die Sonne steht tiefer am Himmel.

Zusätzlich dreht sich die Erde auch noch, und so kommt jeden Tag noch eine zweite Bewegung dazu: Im Laufe des Tages wandert die Sonne von Osten nach Westen über den Himmel – und das eben je nach Jahreszeit mehr oder weniger hoch über dem Horizont.

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?

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.

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.

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.

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.

Warum ist die Erde rund?

„Was passiert, wenn man immer in die gleiche Richtung geht? Kommt man irgendwann an den Rand der Welt oder ist die Welt unendlich groß?“ Schon vor über 2300 Jahren war sich der berühmte griechische Wissenschaftler Aristoteles sicher: Weder das eine noch das andere. Denn die Erde ist nicht flach wie eine Scheibe, sondern eine Kugel – aber warum?

Um das zu verstehen, muss man zurückgehen in die Zeit, als die Erde entstand. Die Kraft die dafür verantwortlich war, ist die Schwerkraft – alle massiven Gegenstände ziehen sich gegenseitig an. Diese Kraft ließ Gesteinsbrocken zusammenprallen und sich zu einem Planeten verbinden. Und sie gab dem Planeten seine Form. Denn die Schwerkraft wirkt in alle Richtungen gleich stark.

Da die Erde zu Beginn heiß und flüssig war, konnte das Material in die Form fließen, die die Schwerkraft vorgab. Ragte irgendwo ein Stück Erdmaterial weiter hinaus, so wurde es vom Rest angezogen, bis die Oberfläche glatt war und an allen Stellen die gleiche Schwerkraft wirke. Und da die Schwerkraft in alle Richtungen gleich ist, entstand automatisch die Form einer Kugel – denn nur bei einer Kugel sind alle Punkte auf ihrer Oberfläche gleich weit vom Schwerpunkt entfernt.

Wenn man sich die Gestalt der Erde aber ganz genau anschaut, stellt man fest, dass die Erde keine perfekte Kugel ist: An ihren Polen ist sie leicht abgeflacht und am Äquator dagegen etwas bauchig.

Schuld daran ist die Erddrehung: Im Lauf von 24 Stunden dreht sich die Erde einmal um ihre Achse. Durch die Drehbewegung entsteht eine Kraft, die Fliehkraft. Diese kennen wir vom Kettenkarussell, wenn wir in den Schaukeln nach außen fliegen. Bei der Erde bewirkt die Fliehkraft, dass die Gesteinsmassen ein Stück von der Drehachse nach außen rutschen, also von den Polen in Richtung Äquator. Dort ist der Durchmesser der Erde etwa 41 Kilometer größer als zwischen dem Nord- und Südpol.

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.)

Warum steht die Erde schief – und was bedeutet das für uns?

Die Erde hängt schief im All! Wenn man sich die Erdumlaufbahn von der Seite anschaut, dann sieht man: Die Erdachse zeigt nicht gerade nach oben, sondern die Erde ist um etwa 23 Grad zur Seite gekippt – aber warum?

Als die Erde frisch entstanden war, stand die Achse noch gerade. Doch Wissenschaftler vermuten, dass sie in der Frühzeit des Sonnensystems von einem großen Asteroiden getroffen wurde. Er traf die Erde etwas seitlich, so dass sie ein Stück kippte – eben diese 23,5 Grad. Außerdem hat der Aufprall einen Teil der noch flüssigen Erde herausgerissen und in eine Umlaufbahn geschleudert, daraus wurde der Mond.

Die Folgen dieser schiefen Erdachse spüren wir heute noch: Während eines Jahres umrundet die Erde die Sonne. Die schiefe Erdachse zeigt dabei immer in die gleiche Richtung. So ist mal die Nordhalbkugel zur Sonne hin geneigt, mal die Südhalbkugel – je nach dem, wo die Erde auf ihrer Bahn steht. Von der Erde sieht das so aus, als ob die Sonne höher bzw. tiefer am Himmel steht.

Dadurch geht die Sonne auch im Laufe eines Jahres zu unterschiedlichen Zeiten auf und unter. Die Tage sind verschieden lang, und ja nach Sonnenstand und Tageslänge bekommt unser Wohnort auf der Erde unterschiedlich viel Wärme ab. Wir spüren diesen Wechsel der Sonneneinstrahlung als Jahreszeiten. Sie machen das Leben auf der Erde abwechslungsreicher – so gesehen hatte dieser Crash in der Kindheit der Erde also auch sein Gutes.

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 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.