Seit dem 16. Jahrhundert, als Nicolaus Copernicus demonstrierte, dass sich die Erde in der Sonne dreht, haben Wissenschaftler unermüdlich daran gearbeitet, die Beziehung in mathematischen Begriffen zu verstehen. Wenn sich dieser helle Himmelskörper - von dem die Jahreszeiten, der Tageszyklus und alles Leben auf der Erde abhängen - nicht um uns dreht, was genau ist dann die Natur unserer Umlaufbahn um ihn herum?
Seit mehreren Jahrhunderten wenden Astronomen die wissenschaftliche Methode an, um diese Frage zu beantworten, und haben festgestellt, dass die Erdumlaufbahn um die Sonne viele faszinierende Eigenschaften aufweist. Und was sie gefunden haben, hat uns geholfen zu verstehen, warum wir die Zeit so messen, wie wir es tun.
Orbitalmerkmale:
Erstens beträgt die Geschwindigkeit der Erdumlaufbahn um die Sonne 108.000 km / h, was bedeutet, dass unser Planet während einer einzigen Umlaufbahn 940 Millionen km zurücklegt. Die Erde vollendet alle 365,242199 mittlere Sonnentage eine Umlaufbahn. Dies erklärt in hohem Maße, warum alle vier Jahre ein zusätzlicher Kalendertag benötigt wird (auch bekannt als während eines Schaltjahres).
Die Entfernung des Planeten von der Sonne variiert, wenn er umkreist. Tatsächlich ist die Erde von Tag zu Tag nie so weit von der Sonne entfernt. Wenn die Erde der Sonne am nächsten ist, soll sie sich im Perihel befinden. Dies geschieht jedes Jahr um den 3. Januar, wenn sich die Erde in einer Entfernung von etwa 147.098.074 km befindet.
Die durchschnittliche Entfernung der Erde von der Sonne beträgt etwa 149,6 Millionen km, was auch als eine astronomische Einheit (AU) bezeichnet wird. Wenn die Erde am weitesten von der Sonne entfernt ist, soll sie sich im Aphel befinden - was um den 4. Juli geschieht, wenn die Erde eine Entfernung von etwa 152.097.701 km erreicht.
Und diejenigen von Ihnen auf der Nordhalbkugel werden feststellen, dass „warmes“ oder „kaltes“ Wetter nicht mit der Nähe der Erde zur Sonne übereinstimmt. Dies wird durch axiale Neigung bestimmt (siehe unten).
Elliptische Umlaufbahn:
Als nächstes gibt es die Natur der Erdumlaufbahn. Anstatt ein perfekter Kreis zu sein, bewegt sich die Erde in einem ausgedehnten kreisförmigen oder ovalen Muster um die Sonne. Dies ist eine sogenannte "elliptische" Umlaufbahn. Dieses Orbitalmuster wurde erstmals von Johannes Kepler, einem deutschen Mathematiker und Astronomen, in seiner wegweisenden Arbeit beschrieben Astronomia nova (Neue Astronomie).
Nachdem er die Umlaufbahnen der Erde und des Mars gemessen hatte, bemerkte er, dass sich die Umlaufbahnen beider Planeten zeitweise zu beschleunigen oder zu verlangsamen schienen. Dies stimmte direkt mit dem Aphel und Perihel der Planeten überein, was bedeutet, dass die Entfernung der Planeten von der Sonne in direktem Zusammenhang mit der Geschwindigkeit ihrer Umlaufbahnen stand. Dies bedeutete auch, dass sowohl die Erde als auch der Mars die Sonne nicht in perfekt kreisförmigen Mustern umkreisten.
Bei der Beschreibung der Natur elliptischer Bahnen verwenden Wissenschaftler einen Faktor, der als „Exzentrizität“ bekannt ist und in Form einer Zahl zwischen Null und Eins ausgedrückt wird. Wenn die Exzentrizität eines Planeten nahe Null ist, ist die Ellipse fast ein Kreis. Wenn es nahe bei eins liegt, ist die Ellipse lang und schlank.
Die Erdumlaufbahn hat eine Exzentrizität von weniger als 0,02, was bedeutet, dass sie fast kreisförmig ist. Deshalb ist der Unterschied zwischen der Entfernung der Erde von der Sonne am Perihel und am Aphel sehr gering - weniger als 5 Millionen km.
Saisonaler Wechsel:
Drittens spielt die Erdumlaufbahn in den oben genannten Jahreszeiten eine Rolle. Die vier Jahreszeiten werden durch die Tatsache bestimmt, dass die Erde um 23,4 ° um ihre vertikale Achse geneigt ist, was als „axiale Neigung“ bezeichnet wird. Diese Eigenart in unserer Umlaufbahn bestimmt die Sonnenwende - den Punkt in der Umlaufbahn der maximalen axialen Neigung zur Sonne hin oder von dieser weg - und die Äquinoktien, wenn die Richtung der Neigung und die Richtung zur Sonne senkrecht sind.
Kurz gesagt, wenn die nördliche Hemisphäre von der Sonne weg geneigt ist, erlebt sie den Winter, während die südliche Hemisphäre den Sommer erlebt. Sechs Monate später, wenn die nördliche Hemisphäre in Richtung Sonne geneigt ist, ist die saisonale Reihenfolge umgekehrt.
Auf der Nordhalbkugel tritt die Wintersonnenwende um den 21. Dezember, die Sommersonnenwende um den 21. Juni, die Frühlings-Tagundnachtgleiche um den 20. März und die Herbst-Tagundnachtgleiche um den 23. September auf. Die axiale Neigung in der südlichen Hemisphäre ist genau das Gegenteil der Richtung in der nördlichen Hemisphäre. Damit sind die saisonalen Effekte im Süden umgekehrt.
Zwar hat die Erde ein Perihel oder einen Punkt, an dem sie der Sonne am nächsten ist, und ein Aphel, den am weitesten von der Sonne entfernten Punkt, doch ist der Unterschied zwischen diesen Entfernungen zu gering, um einen signifikanten Einfluss auf die Jahreszeiten der Erde zu haben und Klima.
Lagrange-Punkte:
Ein weiteres interessantes Merkmal der Erdumlaufbahn um die Sonne hat mit Lagrange-Punkten zu tun. Dies sind die fünf Positionen in der Erdumlaufbahnkonfiguration um die Sonne, an denen die kombinierte Gravitationskraft von Erde und Sonne genau die Zentripetalkraft liefert, die erforderlich ist, um mit ihnen zu umkreisen.
Die fünf Lagrange-Punkte zwischen der Erde sind (etwas einfallslos) mit L1 bis L5 gekennzeichnet. L1, L2 und L3 sitzen entlang einer geraden Linie, die durch Erde und Sonne führt. L1 sitzt zwischen ihnen, L3 befindet sich auf der der Erde gegenüberliegenden Seite der Sonne und L2 befindet sich auf der von L1 gegenüberliegenden Seite der Erde. Diese drei Lagrange-Punkte sind instabil, was bedeutet, dass ein Satellit, der an einem von ihnen platziert ist, vom Kurs abweicht, wenn er im geringsten gestört wird.
Die Punkte L4 und L5 liegen an den Spitzen der beiden gleichseitigen Dreiecke, wobei Sonne und Erde die beiden unteren Punkte bilden. Diese Punkte verlaufen entlang der Erdumlaufbahn mit L4 60 ° dahinter und L5 60 ° voraus. Diese beiden Lagrange-Punkte sind stabil, weshalb sie beliebte Ziele für Satelliten und Weltraumteleskope sind.
Die Untersuchung der Erdumlaufbahn um die Sonne hat Wissenschaftlern auch viel über andere Planeten beigebracht. Das Wissen, wo sich ein Planet in Bezug auf seinen Mutterstern befindet, seine Umlaufzeit, seine axiale Neigung und eine Vielzahl anderer Faktoren sind von zentraler Bedeutung, um zu bestimmen, ob Leben auf einem Planeten existieren kann oder nicht und ob Menschen eines Tages leben könnten oder nicht Dort.
Wir haben hier im Space Magazine viele interessante Artikel über die Erdumlaufbahn geschrieben. Hier sind 10 interessante Fakten über die Erde: Wie weit ist die Erde von der Sonne entfernt? Was ist die Rotation der Erde? Warum gibt es Jahreszeiten? Und wie ist die axiale Neigung der Erde?
Weitere Informationen finden Sie in diesem Artikel über NASA-Fenster zum Universum über elliptische Umlaufbahnen oder in NASAs Erde: Übersicht.
Astronomy Cast auch Espidos, die für das Thema relevant sind. Hier ist die BQuestions Show: Schwarze Schwarze Löcher, Unausgeglichenheit der Erde und Weltraumverschmutzung.
Quellen:
- Wikipedia - Erdumlaufbahn
- NASA: Fenster zum Universum - Die Erdumlaufbahn
- NASA: Fragen Sie einen Astrophysiker - Geschwindigkeit der Erdrotation
