Wie entstehen Tag und Nacht?

Drehung, nicht Umlauf

Die Erde bewegt sich auf zwei Arten gleichzeitig, und die werden oft verwechselt. Sie dreht sich um ihre eigene Achse, das ist die Erdrotation. Und sie wandert auf ihrer Bahn um die Sonne, das ist der Erdumlauf, auch Revolution genannt. Eine Drehung dauert rund 24 Stunden und bringt Tag und Nacht. Ein Umlauf dauert ein Jahr und sorgt, zusammen mit der schrägen Erdachse, für die Jahreszeiten.

Würde sich die Erde gar nicht drehen, gäbe es trotzdem Tag und Nacht, nur sehr langsam: Jede Seite läge ungefähr ein halbes Jahr lang im Sonnenlicht und ein halbes Jahr im Dunkeln. Der schnelle Wechsel alle 24 Stunden kommt allein von der Drehung.

Zeitzonen: Warum die Uhr nicht genau nach der Sonne geht

Bevor es Eisenbahnen gab, richteten die meisten größeren Städte ihre Uhren nach ihrem eigenen Mittag. München und Berlin lagen deshalb ein paar Minuten auseinander. Für Fahrpläne war das ein Durcheinander. 1884 wurde auf einer internationalen Konferenz Greenwich bei London als Längengrad 0° festgelegt, und in den Jahrzehnten danach führten die Länder Zeitzonen ein: theoretisch 24 Zonen, jede 15° breit und eine Stunde voneinander entfernt.

In der Praxis folgen die Grenzen den Ländern, nicht geraden Linien. Deutschland nutzt die Mitteleuropäische Zeit (MEZ). Sie ist die Sonnenzeit bei 15° Ost, dem Längengrad von Görlitz. Berlin liegt bei 13,4° Ost, deshalb steht die Sonne dort im Mittel erst etwa 6 Minuten nach 12 Uhr am höchsten, in der Sommerzeit gegen 13:06 Uhr. China hat sogar nur eine einzige Zeitzone, obwohl es sich über rund 60 Längengrade erstreckt. Im Winter geht die Sonne im äußersten Westen des Landes deshalb erst gegen 10 Uhr morgens auf.

Die Simulation zeigt die Sonnenzeit, auch Ortszeit genannt: 12 Uhr ist dort immer der Moment, in dem die Sonne am gewählten Ort am höchsten steht.

Warum Tag und Nacht nicht immer 12 Stunden dauern

Dass es Tag und Nacht gibt, liegt an der Drehung. Wie lang beide sind, hängt aber von der Neigung der Erdachse ab, 23,4°. Um die Tagundnachtgleichen im März und September läuft die Tag-Nacht-Grenze durch beide Pole. Dann hat jeder Ort auf der Erde etwa 12 Stunden Tag und 12 Stunden Nacht.

Im Juni ist der Nordpol der Sonne zugeneigt. Orte im Norden verbringen dann einen größeren Teil jeder Drehung auf der Tagseite: In Berlin ist es um den 21. Juni etwa 16 Stunden 50 Minuten hell, um den 21. Dezember nur etwa 7 Stunden 40 Minuten. Nördlich des Polarkreises, bei etwa 66,6°, geht die Sonne im Sommer mindestens einen Tag lang gar nicht unter (Polartag) und im Winter mindestens einen Tag lang gar nicht auf (Polarnacht). Am Nordpol dauert beides jeweils ein halbes Jahr. Am Äquator bleiben Tag und Nacht das ganze Jahr über fast gleich lang. Dieselbe Neigung sorgt auch für die Jahreszeiten.

Ein Tag hat 24 Stunden, eine Drehung dauert 23 Stunden 56 Minuten

Gemessen an den fernen Sternen braucht die Erde für eine Drehung 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden. Das nennt man einen Sterntag. Der Tag, nach dem wir leben, von einem Mittag zum nächsten, heißt Sonnentag und ist etwa 4 Minuten länger. Der Grund: Während sich die Erde dreht, wandert sie auch ein Stück auf ihrer Bahn um die Sonne weiter.

An einem Tag kommt die Erde auf ihrer Bahn um etwa 1° voran. Damit die Sonne wieder an derselben Stelle am Himmel steht, muss sie sich ungefähr 1° mehr als einmal ganz herum drehen. Bei 15° pro Stunde dauert dieses eine Grad 4 Minuten. Deshalb gehen die Sterne jede Nacht etwa 4 Minuten früher auf, und im Winter siehst du andere Sternbilder als im Sommer.

Wie schnell dreht sich die Erde, und warum merken wir das nicht?

Am Äquator bewegt sich der Boden mit etwa 1.670 km/h, denn er muss an einem Tag den ganzen Erdumfang von rund 40.000 km schaffen. Weiter vom Äquator entfernt ist der Kreis kleiner: In Berlin sind es etwa 1.000 km/h, an den Polen fast null. Dazu kommt, dass die Erde mit rund 107.000 km/h um die Sonne rast.

Davon spüren wir nichts, weil die Geschwindigkeit gleich bleibt. Dein Körper merkt nur, wenn sich Tempo oder Richtung ändern, etwa wenn ein Auto bremst oder ein Flugzeug eine Kurve fliegt. Die Luft dreht sich mit, also gibt es auch keinen Fahrtwind. Direkt sichtbar gemacht hat die Drehung zuerst Léon Foucault 1851 in Paris: Die Ebene, in der ein langes Pendel schwingt, dreht sich langsam, weil sich die Erde darunter weiterdreht. In Berlin wären es etwa 12° pro Stunde.