Warum gibt es Jahreszeiten? Erdachsenneigung statt Sonnenabstand

In Deutschland ist Winter, während in Australien Sommer ist. Beide Länder gehören zur selben Erde und sind zur selben Zeit praktisch gleich weit von der Sonne entfernt. Die Jahreszeiten entstehen vor allem durch die Neigung der Erdachse: Sie verändert im Laufe des Umlaufs den Sonnenstand und die Tagesdauer auf den beiden Halbkugeln.

„Im Sommer ist die Erde näher an der Sonne“ klingt zunächst plausibel. Für den deutschen Sommer stimmt es aber nicht. Anschaulicher wird der Zusammenhang, wenn du drei Dinge trennst: die tägliche Drehung der Erde, ihren jährlichen Umlauf und die Richtung ihrer Achse.

Die Achse bleibt geneigt, während die Erde umläuft

Die Erdachse ist eine gedachte Linie durch Nord- und Südpol. Um sie dreht sich die Erde; diese Rotation erzeugt den Wechsel von Tag und Nacht. Gleichzeitig bewegt sich die Erde um die Sonne.

Die Achse steht nicht senkrecht auf der Ebene dieser Umlaufbahn, sondern ist gegenüber dieser Senkrechten geneigt. Im einfachen Modell eines Jahres behält sie ihre Richtung im Raum annähernd bei. Sie kippt also nicht jeden Sommer neu zur Sonne und jeden Winter zurück.

Stell dir eine schräg gehaltene Kugel vor, die du um eine Lampe führst. Zeigt ihr oberes Ende dabei immer in dieselbe Richtung des Zimmers, ist es an einer Stelle der Lampe zugeneigt und auf der gegenüberliegenden Seite von ihr abgewandt. Genau diese wechselnde Ausrichtung relativ zur Sonne ist entscheidend (NASA: Ursache der Jahreszeiten).

Zwei Effekte machen den Sommer heller und wärmer

Ist eine Halbkugel der Sonne zugeneigt, verändert sich nicht nur die Länge des Tages. Auch der Winkel, unter dem Sonnenlicht auf den Boden trifft, spielt eine Rolle.

1. Höherer Sonnenstand: Licht trifft auf eine kleinere Fläche

Leuchtet eine Taschenlampe fast senkrecht auf ein Blatt Papier, entsteht ein kompakter Lichtfleck. Neigst du das Blatt, verteilt sich dasselbe Licht über eine größere Fläche. Pro Flächeneinheit kommt weniger Licht an.

Ähnlich ist es mit der Sonnenstrahlung: Steht die Sonne höher am Himmel, treffen ihre Strahlen steiler auf den Boden. Bei niedrigem Sonnenstand verteilt sich die einfallende Strahlung über eine größere Fläche. Die Erklärung des US-Wetterdienstes NWS verwendet genau dieses Papier-und-Taschenlampen-Modell.

2. Längere Tage: mehr Zeit für Sonneneinstrahlung

In den mittleren Breiten der zur Sonne geneigten Halbkugel verbringt ein Ort während einer Erdrotation einen längeren Abschnitt auf der beleuchteten Seite. Die Sonne steht länger über dem Horizont.

Steilere Einstrahlung und längere Beleuchtungsdauer wirken zusammen. Sie erklären den sommerlichen Energiegewinn, nicht die Temperatur jedes einzelnen Tages. Wolken, Luftströmungen und andere Wetterbedingungen beeinflussen zusätzlich, wie warm es vor Ort tatsächlich wird.

Die tägliche Rotation läuft auch im Winter weiter. Ein kurzer Wintertag bedeutet nicht, dass sich die Erde schneller dreht, sondern dass der Ort während derselben Drehung weniger Zeit auf der sonnenbeschienenen Seite verbringt.

Warum Deutschland und Australien gegensätzliche Jahreszeiten haben

Nord- und Südhalbkugel liegen auf entgegengesetzten Seiten des Äquators. Wenn der Norden stärker zur Sonne geneigt ist, ist der Süden von ihr abgewandt. Ein halbes Jahr später kehrt sich das Verhältnis um.

Die Tabelle beschreibt den grundlegenden saisonalen Zusammenhang, keine Wettervorhersage. Sie erklärt etwa, warum Weihnachten im südlichen Australien in die Sommerzeit des Jahres fällt, während es in Deutschland Winter ist. Sie sagt nicht, dass es an diesem Datum überall gleich heiß oder kalt sein muss.

An den Äquinoktien im März und September ist keine Halbkugel stärker zur Sonne geneigt. Warum daraus trotzdem nicht überall exakt zwölf Stunden zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang folgen, erklärt der Beitrag Tagundnachtgleiche: Warum Tag und Nacht nicht gleich lang sind.

Was der Sonnenabstand tatsächlich erklärt – und was nicht

Die Erdbahn ist eine Ellipse, also kein perfekter Kreis. Deshalb verändert sich der Abstand zur Sonne im Jahreslauf. Die Erde ist ihr gewöhnlich im Januar am nächsten und im Juli am fernsten (NASA Space Place).

Das ist ein guter Gegencheck für den verbreiteten Irrtum: Der deutsche Winter liegt ausgerechnet in der Zeit der Sonnennähe. Noch deutlicher ist der Vergleich beider Halbkugeln. Ein wechselnder Abstand betrifft die Erde als Ganzes; er erklärt nicht, warum gleichzeitig auf der einen Halbkugel Sommer und auf der anderen Winter ist.

Der Abstand ist deshalb nicht völlig bedeutungslos für die Einstrahlung. Die Achsenneigung erklärt aber den gegensätzlichen jahreszeitlichen Zyklus, den wir hier betrachten. „Sommer gleich näher an der Sonne“ ist dafür die falsche Regel.

Ein einfaches Modell zum Nachvollziehen

Du brauchst gedanklich nur eine Kugel, eine Lichtquelle und eine Markierung für den Nordpol:

1. Die Lichtquelle bleibt stehen. Sie stellt die Sonne dar.
2. Halte die Kugelachse schräg. Das obere Ende zeigt während der ganzen Übung in dieselbe Richtung des Raums.
3. Vergleiche zwei gegenüberliegende Positionen. Halte die Kugel auf beiden Seiten gleich weit von der Lichtquelle entfernt. Einmal zeigt der Nordpol eher zum Licht, einmal von ihm weg.
4. Denke die tägliche Rotation hinzu. Verfolge einen Punkt in mittleren nördlichen Breiten: Wie lange liegt er in der beleuchteten Hälfte, und wie steil trifft das Licht dort auf?
5. Vergleiche einen südlichen Punkt. Seine jahreszeitliche Entwicklung verläuft entgegengesetzt.

Wichtig ist nicht, die Kugel auf der einen Seite näher an die Lampe zu schieben. Die gleichbleibende Achsenrichtung bei wechselnder Position erzeugt den Unterschied. Eine nahe Lampe ist ein Anschauungsmodell, keine maßstabsgetreue Nachbildung von Erde und Sonne.

Die Halbkugeln auf dem Globus einordnen

Mit LiveGlobe 3D kannst du den Globus drehen und zoomen sowie in den Einstellungen Äquator, Wende- und Polarkreise zuschalten. Suche zunächst Europa und dann Australien. Der Äquator macht sichtbar, dass die beiden Regionen auf unterschiedlichen Halbkugeln liegen. Für die Web-App ist eine Anmeldung vorgesehen.

Nutze diese Ansicht zur geografischen Orientierung und das Kugel-Licht-Modell für die Ursache: Das Drehen des Bildschirmglobus verändert deinen Blickwinkel, nicht die physikalische Ursache der Jahreszeiten. Für exakte lokale Sonnenzeiten ziehst du eine astronomische Tabelle hinzu.

Erkunde die verfügbaren Globusansichten und stelle dir beim Wechsel zwischen Nord und Süd eine Frage: Welche Halbkugel ist in diesem Abschnitt des Jahres der Sonne stärker zugeneigt?

Häufige Fragen

Sind Tag und Nacht ebenfalls Jahreszeiten?

Nein. Tag und Nacht folgen aus der Rotation der Erde um ihre Achse. Der jährliche Wechsel der Jahreszeiten entsteht aus dem Umlauf um die Sonne in Verbindung mit der geneigten Achse.

Kippt die Erde im Sommer extra zur Sonne?

Nein. Im vereinfachten Jahresmodell bleibt die Achsenrichtung annähernd gleich. Durch die neue Position auf der Umlaufbahn ist eine Halbkugel der Sonne zu verschiedenen Zeiten unterschiedlich zugeneigt.

Warum ist nicht auf der ganzen Erde gleichzeitig Sommer?

Weil die beiden Halbkugeln entgegengesetzt ausgerichtet sind. Ist der Norden stärker zur Sonne geneigt, ist der Süden von ihr abgewandt. Ein halbes Jahr später ist es umgekehrt.