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Erde und Himmel – Sonnenhöhe nach Breite und Jahreszeit

PhysikGravitation und AstronomieAlter 15–16

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Die Erdachse ist um 23,5° geneigt, daher ändern sich die Mittagshöhe der Sonne und die Tageslänge mit der geografischen Breite und dem Tag des Jahres. Wählen Sie einen Beobachtungsort und ein Datum, um die Bahn der Sonne am Himmel zu sehen, und erkennen Sie, warum Gebiete zwischen den Wendekreisen zweimal im Jahr die Sonne im Zenit haben, während in Polargebieten Mitternachtssonne oder Polarnacht herrscht. Die 3D-Ansicht zeigt die geneigte Erde, den Beobachter auf der Horizontebene und den Winkel zwischen dem Mittagsstrahl und dem Horizont, mit denselben Daten wie die 2D-Ansicht.

Lektion: Erde und Himmel

Was sie zeigt

Die Erdachse ist um etwa 23,4° gegen die Bahnebene geneigt, daher schwankt die Deklination der Sonne δ im Lauf des Jahres zwischen +23,4° und −23,4°. Auf der Breite φ beträgt die Sonnenhöhe am örtlichen Mittag h = 90° − |φ − δ|; die Tageslänge folgt aus dem Stundenwinkel des Sonnenaufgangs, cos H₀ = −tan φ·tan δ. Gibt es keine Lösung, geht die Sonne nicht unter oder nicht auf: Mitternachtssonne oder Polarnacht. Die Jahreszeiten entstehen durch diese Neigung, die Einfallswinkel und Tageslänge verändert, nicht durch den Abstand zur Sonne.

So funktioniert es

Klicken Sie auf Sommersonnenwende, bewegen Sie den Regler Breite vom Äquator zum Pol und notieren Sie Mittagshöhe und Tageslänge neben der Himmelskuppel. Wiederholen Sie das mit Wintersonnenwende. Legen Sie dann eine Breite fest, etwa mit der Schaltfläche Honolulu oder Caracas, und ziehen Sie Tag durch das Jahr, um die Daten zu finden, an denen die Sonne durch den Zenit geht. Wechseln Sie zu 3D, um die geneigte Erde, die Horizontebene und den Mittagsstrahl zu sehen, die den Winkel h bilden.

Einstellbare Parameter

  • Geografische Breite des Beobachters -66–80 °
  • Tag des Jahres 1–365
  • Sonnenbahn anzeigen

Fragen zum Erkunden

  1. Welche Mittagshöhe und Tageslänge liefert die Simulation um die März-Tagundnachtgleiche auf 21° nördlicher Breite?
  2. Warum ändert sich die Tageslänge nahe dem Äquator im Jahreslauf kaum, in hohen Breiten dagegen stark?
  3. Auf welcher Breite steht die Sonne zur Junisonnenwende mittags im Zenit, und warum?

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