Die Jahreszeiten auf der Erde und auf dem Uranus

Heute lassen wir das trübe Wettergeschehen hinter uns und werfen, kurz vor dem Sommer, einen Blick auf die Jahreszeiten. Des Weiteren machen einen grösseren Ausflug zum Uranus.

Wir kommen zum Schluss des heutigen Blogs noch kurz auf unseren Heimat-Planeten zurück und machen einen kleinen Abriss über das Tageswetter in der Schweiz.

Der heutige Blog stellt den Anfang einer Serie dar. In loser Folge stellen wir über die kommenden Wochen weitere Planeten vor.

Der erste Teil dieses Blogs wurde an unserem Regionalzentrum in Locarno Monti geschrieben. Den Originaltext finden Sie hier.

Die Jahreszeiten entstehen ja bekanntlich durch die Neigung der Achse im Vergleich zur Ekliptik. Die Ekliptik ist die Bahn, auf welcher die Erde um die Sonne kreist. Die Neigung der Erdachse beträgt 23,5 Grad, die Achsenneigung des Uranus hingegen 98 Grad, dies führt zu verhältnismässig extremen Jahreszeiten.

Die Position der Erde, punktuell an einem Tag während der vier Jahreszeiten. (Vito Technology, Inc.)

An den Äquinoktien, den Tag- und Nachtgleichen, also um den 21. März und um den 23. September, sind auf dem Planeten Erde überall Tag und Nacht gleich lang, daher auch die Namensgebung. An diesen Daten steht die Sonne zur Mittagszeit senkrecht über dem Äquator. Der Schattenwurf am Erdboden ist dort in diesem Moment minimal.

Einfall des Sonnenlichtes während der Äquinoktien und der Sommer- bzw. Wintersonnenwende. (Tom Ruen, Full Sky Observatory)

Zur Sommersonnenwende auf der Nordhalbkugel (um den 21. Juni) ist der Nordpol um 23,5° zur Sonne geneigt: Alle Gebiete nördlich des Polarkreises, das heisst ab einer Breite von mehr als 66,5° Nord (90° – 23,5°), werden den ganzen Tag über von der Sonne beleuchtet. Je näher man sich dem Äquator nähert, desto kürzer wird die Tageslänge. Am Äquator sind Tag und Nacht immer gleich lang, unabhängig von der Jahreszeit. Um die Mittagszeit steht die Sonne im Zenit über dem Wendekreis des Krebses (23,5° Nord).

Zur Wintersonnenwende auf der Nordhalbkugel (um den 21. Dezember) ist die Situation ähnlich, aber umgekehrt: Der Südpol ist zur Sonne geneigt und erlebt die «Mitternachtssonne», während am Wendekreis des Steinbocks (23,5° Süd) die Sonne um die Mittagszeit im Zenit steht.

Im Sommer der entsprechenden Halbkugel steht die Sonne höher am Horizont und die Tage sind länger als die Nächte: Das bedeutet, dass die Sonne intensiver und länger erwärmen kann. Umgekehrt steht die Sonne im Winter tiefer am Horizont und die Nächte sind länger.

Die Neigung der Erdachse bestimmt die Lage der Polarkreise (66.5°) und die Lage der Wendekreise (23.5°). Dargestellt ist der 21. Dezember. (Przemyslaw «Blueshade» Idzkiewicz, Übersetzung MeteoSchweiz.)

Ein Gedankenexperiment verdeutlicht die Thematik: Nähme man die Erdachse in der obigen Grafik jeweils über den Polen zwischen Daumen und Zeigefinder und würde daran drehen, würde man verstehen, warum am dargestellten 21. Dezember am Südpol immer Tag und am Nordpol immer Nacht ist.

Uranus

Wäre die Achsenneigung anders, wären auch die Jahreszeiten deutlich anders. Ein extremes Beispiel finden wir auf dem Planeten Uranus. Dessen Achsneigung ist 98°, also fast parallel zur Ebene der Ekliptik.

Ein Uranustag dauert etwa 17 Stunden, während ein Uranusjahr rund 84 Erdjahre beträgt. Stellen wir uns vor, wir sitzen am Nordpol des Uranus (zwar ist Uranus ein Gasplanet, aber nehmen wir mal an, es sei möglich). Zur Sommersonnenwende auf der Nordhalbkugel erscheint die Sonne fast stationär im Zenit; in den folgenden Tagen beginnt die Sonne eine scheinbare Spiralbewegung um den Zenit, wobei sie alle 17 Stunden eine Runde dreht und dabei allmählich näher zum Horizont sinkt. Nach 21 Jahren (84/4) erreicht die Spirale den Horizont zur Tagundnachtgleiche: auf Wiedersehen Sonnenlicht, denn wir sehen dies erst in 42 (84/2) Jahren wieder, wenn die Spirale in umgekehrter Richtung verläuft und zur nächsten Sonnenwende wieder im Zenit endet.

Im untenstehenden Video sehen wir eine Simulation (erstellt mit Stellarium) des Sommerhimmels (42 Jahre) auf dem Uranus. Die Blickrichtung ist vom Nordpol in Richtung Zenit mit einem Ultraweitwinkel-Objektiv (180°-Sichtfeld) dargestellt. Die tägliche 17-stündige Spiral-Rotation des Uranus wurde entfernt, wodurch der oben beschriebene „Spiral“-Effekt eliminiert wurde, da dieser im Vergleich zur simulierten Periode zu schnell wäre.



uranus from MeteoSvizzera on Vimeo.

Der Wind wird auf dem Uranus hauptsächlich durch die ungleichmässige Erwärmung der verschiedenen Regionen des Planeten durch die Sonne kombiniert mit der Rotation des Planeten verursacht. Auf dem Uranus sind die Temperaturkontraste extrem und in der Folge können Geschwindigkeiten von bis zu 900 km/h erreicht werden!

Ein Mesoscale Convective System überquert die Alpen, das Tageswetter von heute

Animation des Radarbildes. (MeteoSchweiz)

Die Animation des Radarbildes zeigt, wie die Konvektion im Süden in der Nacht wieder auflebt, dabei wurde bereits am Nachmittag und in den Abendstunden durch die vorhergehenden Gewitter so viel Energie (Wärme) freigesetzt, dass der Luftdruck massgebend gesunken ist und sich ein mesoskaliges Tiefdruckgebiet entwickelt hat. Die Folge davon war, dass sich das System gegen den Urzeigersinn rotierend in der Höhenströmung über die Alpen nach Norden in Richtung Süddeutschland verlagerte. Dabei wurde weiter Hebung erzeugt und kräftige Niederschläge produziert.

In der Westschweiz, wo mehr Strahlung einfallen konnte, hatten die Temperaturen um die Mittagszeit bereits 4 Grad Vorsprung im Vergleich zum zentralen Mittelland, wobei dort die Konvektion bereits wieder aufleben konnte. So wurde heute verbreitet schauerartiger Niederschlag verzeichnet. Dabei sticht aber ein Streifen vom westlichen Tessin und Simplongebiet über das Grimselgebiet, den Brienzersee in Richtung Zentralschweiz und den Raum Zürich und Bodensee – eben der Zugbahn dieses gealterten Gewitterkomplexes – hervor.

Tagesniederschlagsumme bis Redaktionsschluss. (MeteoSchweiz)

Situation von Erde und Sonne heute Mittag.

Quelle: Bundesamt für Meteorologie MeteoSchweiz / Die Jahreszeiten auf der Erde und … auf dem Uranus – MeteoSchweiz (admin.ch)
Titelbild: Google Maps