Polartag und Polarnacht: Warum die Sonne wochenlang nicht unter- oder aufgeht

Die Erde dreht sich jeden Tag. Trotzdem kann die Sonne in einer Polarregion wochenlang über dem Horizont bleiben — oder ebenso lange überhaupt nicht aufgehen. Entscheidend ist die geneigte Erdachse: In bestimmten Abschnitten des Jahres führt die tägliche Kreisbahn eines polaren Ortes vollständig durch die beleuchtete oder die unbeleuchtete Hälfte der Erde. Die Rotation hört dabei nicht auf.

Mit einer Kugel und einer Lichtquelle lässt sich das gut nachvollziehen. Zunächst hilft aber eine Unterscheidung: Eine Sonne unter dem Horizont bedeutet nicht automatisch einen stockdunklen Himmel.

Polartag und Polarnacht beschreiben den Sonnenstand

Beim Polartag, auch mit der Mitternachtssonne verbunden, geht die Sonne mindestens 24 Stunden lang nicht unter. Während der Polarnacht geht sie mindestens 24 Stunden lang nicht auf. Je nach Ort und Jahreszeit dauern solche Perioden Tage, Wochen oder Monate (IAU OAE: Polarkreise, englisch).

„Tag“ und „Nacht“ meinen hier also nicht den Wechsel des Kalenderdatums. Auch während eines Polartags vergehen Stunden, wird es Mittag und folgt der nächste Kalendertag. Die Sonne bleibt nur über dem Horizont.

Bewölkung ist ebenfalls nicht das entscheidende Kriterium: Eine Wolkendecke kann die Sonne verdecken, ohne dass deshalb Polarnacht herrscht.

Warum die Rotation keinen Sonnenuntergang erzwingt

Die Erdachse ist gegenüber der Senkrechten zur Ebene der Erdbahn um ungefähr 23,4 Grad geneigt. Im einfachen Jahresmodell bleibt ihre Richtung im Raum annähernd gleich. Dadurch ist um Juni der Nordpol der Sonne zugeneigt, um Dezember der Südpol (NOAA/NWS).

Stell dir einen Ort weit im Norden vor. Während einer Erdrotation bewegt er sich auf einem kleinen Kreis um die Achse. Im nördlichen Sommer kann dieser ganze Kreis auf der sonnenbeschienenen Seite liegen. Der Ort dreht sich zwar um die Achse, gelangt dabei aber nicht in den Erdschatten: Die Sonne wandert am Himmel und sinkt nicht unter den Horizont.

Im nördlichen Winter liegt die Kreisbahn dieses Ortes zeitweise vollständig auf der Seite ohne direktes Sonnenlicht. Die Sonne nähert sich im Tagesverlauf dem Horizont, erreicht ihn aber nicht. Das ist Polarnacht.

In mittleren Breiten schneidet die tägliche Kreisbahn dagegen die Grenze zwischen Licht und Schatten. Dort wechseln Sonnenaufgang und Sonnenuntergang weiterhin ab. Die gemeinsame Grundlage erklärt der Artikel Warum gibt es Jahreszeiten?.

Welche Rolle spielen die Polarkreise?

Der nördliche und südliche Polarkreis liegen bei ungefähr 66,6 Grad nördlicher beziehungsweise südlicher Breite. Im geometrischen Modell ergibt sich dieser Wert aus 90 Grad minus der Achsenneigung. Die Linien markieren den Übergang zu Regionen, in denen um die jeweilige Sonnenwende ganztägige Beleuchtungs- oder Schattenperioden möglich sind.

Für eine tatsächliche Beobachtung ist die Linie aber keine millimetergenaue Grenze. Die Sonne ist keine punktförmige Lichtquelle: Beim Sonnenaufgang zählt ihr oberer Rand. Außerdem hebt die Lichtbrechung in der Atmosphäre, die Refraktion, ihre scheinbare Position an. So können reale Auf- und Untergänge von der einfachen Polarkreisgeometrie abweichen. Auch der örtliche Horizont ist wichtig (NOAA/NWS).

Für eine Reise zählt deshalb eine Sonnenzeitentabelle für den konkreten Ort und Zeitraum mehr als die pauschale Regel „jenseits der Linie genau ein Tag“.

Je näher am Pol, desto länger — im Süden umgekehrt

Nahe dem Polarkreis treten die längsten Tage und Nächte rund um die Sonnenwenden auf. Weiter zum Pol hin verlängern sich die Perioden ohne Sonnenuntergang oder Sonnenaufgang. An den Polen selbst dauern sie grob ein halbes Jahr, nicht an jedem Ort der Polarregion (Australian Antarctic Division).

Die Tabelle zeigt den saisonalen Gegensatz, keine genauen Ortsdaten. Ein Ort nahe dem Polarkreis und ein Ort unmittelbar am Pol haben trotz gleicher Halbkugel sehr unterschiedliche Zeiträume.

Polarnacht ist nicht überall dauernd stockdunkel

Wenn die Sonne nur wenig unter dem Horizont steht, erreicht gestreutes Sonnenlicht weiterhin den Himmel. Es entsteht Dämmerung — ähnlich wie nach einem gewöhnlichen Sonnenuntergang, nur unter anderen zeitlichen Bedingungen.

Die Australian Antarctic Division zeigt das am Beispiel der Station Mawson: Obwohl die Sonne während einer winterlichen Periode nicht aufgeht, kann es für mehrere Stunden Dämmerlicht geben. Kein Sonnenaufgang und ein völlig schwarzer Himmel sind also nicht dasselbe.

Zur Einordnung unterscheiden Fachleute Dämmerungsstufen nach der Tiefe des Sonnenmittelpunkts unter dem Horizont:

• Bürgerliche Dämmerung: bis 6 Grad; bei günstigen Bedingungen bleiben Gegenstände draußen erkennbar.
• Nautische Dämmerung: 6 bis 12 Grad; Umrisse und der Horizont können noch sichtbar sein.
• Astronomische Dämmerung: 12 bis 18 Grad; der Beitrag des Sonnenlichts nimmt weiter ab.

Welche Stufen ein Ort während der Polarnacht durchläuft, hängt von seiner Breite und dem Datum ab. Deshalb sind Fotos mit blauem oder rosa Himmel kein Widerspruch zur Polarnacht (Definitionen und Mawson-Beispiel).

Die Erklärung mit einer Kugel ausprobieren

Du brauchst eine Kugel, eine kleine Markierung und eine Lampe in einem abgedunkelten Raum:

1. Lege eine gedachte Achse fest. Markiere einen Punkt nahe ihrem oberen Ende, aber nicht genau auf dem Pol.
2. Neige die Achse zum Licht. Die Lampe bleibt stehen; das obere Ende zeigt etwas zu ihr.
3. Drehe nur um diese Achse. Verfolge die Markierung während einer ganzen Umdrehung. Liegt sie nahe genug am Pol, bleibt ihre gesamte Kreisbahn im Licht.
4. Vergleiche einen Punkt weiter unten. Ein Punkt in mittleren Breiten wandert während derselben Drehung durch Licht und Schatten.
5. Wechsle die saisonale Position. Führe die Kugel auf die andere Seite der Lampe, ohne die Richtung ihrer Achse im Raum zu ändern. Nun zeigt das obere Ende vom Licht weg; die polare Markierung kann die ganze Drehung im Schatten bleiben.

Eine nahe Lampe erzeugt keine maßstabsgetreuen Sonnenstrahlen. Für die Grundidee genügt sie: Nicht die Drehgeschwindigkeit, sondern die Lage der Kreisbahn zur Beleuchtungsgrenze macht den Unterschied.

Polarregionen mit LiveGlobe 3D räumlich einordnen

In LiveGlobe 3D kannst du den Globus drehen und zoomen und in den Einstellungen die Polarkreise zuschalten. Vergleiche die Lage nördlicher Regionen mit der Antarktis. Nutze bei Bedarf die Ortssuche, um einen Ort geografisch einzuordnen. Für die Web-App ist eine Anmeldung vorgesehen; die Suche benötigt externe Daten.

Der Globus hilft bei der Frage „Wo liegt der Ort relativ zum Polarkreis?“ Die Kugelübung erklärt anschließend seine Beleuchtung. Für genaue Reisedaten ziehst du eine lokale Sonnenzeitentabelle hinzu.

Erkunde die verfügbaren Globusansichten und achte zuerst auf zwei Dinge: die Halbkugel und den Abstand zum Pol.

Häufige Fragen

Bleibt die Sonne beim Polartag an derselben Stelle?

Nein. Abseits des geografischen Pols verändert sie im Tagesverlauf Richtung und Höhe. Entscheidend ist, dass sie dabei nicht unter den Horizont sinkt.

Sind helle Sommernächte immer Polartag?

Nein. Der Himmel kann nach einem Sonnenuntergang durch lang anhaltende Dämmerung hell bleiben. Für Polartag muss die Sonne selbst mindestens 24 Stunden über dem Horizont bleiben.