Tag und Nacht
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Grundlagen zum Thema Tag und Nacht
Wie entstehen Tag und Nacht sowie die Jahreszeiten?
Schon in der Grundschule wird Kindern erklärt, wie Tag und Nacht auf der Erde entstehen. Erinnerst du dich noch? Lass uns dein Wissen auffrischen und vertiefen, warum beispielsweise die Schatten im Sommer kürzer sind als im Winter und wie das mit den Jahreszeiten zusammenhängt.
Warum gibt es Tag und Nacht sowie die Jahreszeiten?
Tageszeiten und Jahreszeiten in unseren Breiten entstehen dadurch, dass die Erde die Sonne umrundet und die Erde sich dabei auch um sich selbst dreht.
- Die Erde umrundet die Sonne auf einer sogenannten elliptischen Umlaufbahn: Diese Umlaufbahn ist nicht kreisrund, sondern oval.
- Für eine Umrundung benötigt die Erde ziemlich genau ein Jahr – exakt eigentlich 365 Tage und sechs Stunden. Die sechs zusätzlichen Stunden werden alle vier Jahre durch einen Tag mehr im sogenannten Schaltjahr ausgeglichen.
- Gleichzeitig dreht sich die Erde innerhalb von 24 Stunden einmal um sich selbst. Dadurch entstehen der Tag und die Nacht: Wird ein Ort auf der Erde von der Sonne angestrahlt, ist dort Tag.
- Warum ist es nachts dunkel? Im Laufe der Drehung der Erde um sich selbst liegt dieser Ort dann auch einige Stunden entgegengesetzt von der Sonne, es ist Nacht.
- Zusätzlich ist es wichtig, dass die Drehachse der Erde nicht senkrecht zur Umlaufbahn steht, sondern um 23,5 Grad geneigt ist. Genau diese Neigung ist für die Entstehung unserer Jahreszeiten verantwortlich.
Tag und Nacht sowie die Jahreszeiten einfach erklärt
Mithilfe der Zeichnung in der folgenden Abbildung kannst du dir die Entstehung von Tag und Nacht und den Jahreszeiten besser vorstellen:
$~$1. Für die Erklärung der Länge von Tag und Nacht sowie den Jahreszeiten teilst du die Erde in zwei Hälften ein: die Nordhalbkugel und die Südhalbkugel. Der Äquator stellt dabei die Trennlinie dar.
$~$2. Jetzt stell dir die Drehung der etwas geneigten Erdkugel vor. Während eines halben Jahres ist die Nordhalbkugel mehr der Sonne zugewandt und während des anderen halben Jahres die Südhalbkugel.
$~$3. Auf die Hälfte, die näher zur Sonne steht, treffen die Sonnenstrahlen in einem steileren Winkel. Die Energie des Sonnenlichts wird auf der Erdoberfläche in Wärmeenergie umgewandelt. Je steiler die Sonnenstrahlen eintreffen, desto mehr Energie wird freigesetzt. In unseren Breiten nennen wir dies Sommer. Also gilt: Je steiler der Winkel der Sonneneinstrahlung ist, desto stärker wird die Erdoberfläche erwärmt.
$~$4. Während der anderen Hälfte des Jahres, wir bezeichnen dies als Winter, ist die Nordhalbkugel leicht von der Sonne weggeneigt. Der Sonneneinstrahlungswinkel ist flacher, weniger Wärmeenergie entsteht und die Temperaturen sinken. Am Nordpol geht die Sonne in dieser Jahreszeit überhaupt nicht mehr auf.
Welche Auswirkungen hat der unterschiedliche Winkel der Sonneneinstrahlung?
Die Funktion einer Sonnenuhr kennst du vielleicht: Mithilfe eines Stabs und der auftreffenden Sonneneinstrahlung kannst du die Uhrzeit ablesen. Interessanterweise sind die Schatten, die der Zeiger dabei abwirft, in unseren Breiten je nach Jahreszeit unterschiedlich lang.
Da du jetzt weißt, wie sich der Winkel der Sonneneinstrahlung verändert, kannst du vielleicht die Schattenlänge im Sommer und im Winter bereits vorhersagen. Probier die Vorhersage, bevor du dies in der Tabelle nachliest.
| Jahreszeit | Sonneneinstrahlung | Schattenlänge |
|---|---|---|
| Sommer | Der Winkel der Sonneneinstrahlung ist steiler. | Die Schatten sind kürzer. |
| Winter | Der Winkel der Sonneneinstrahlung ist flacher. | Die Schatten sind länger. |
Am 21. Juni jeden Jahres ist der Einstrahlungswinkel der Sonne am steilsten.
- In den Monaten davor und danach sehen wir die Sonne am Himmel höher als in den Wintermonaten. Auch geht die Sonne viel früher auf und später unter: In den Sommermonaten sind die Tage deutlich länger.
- Wie lange dauert der Tag am 21. Juni und wann geht die Sonne auf? Dies unterscheidet sich in Deutschland bereits je nach Nord-Süd-Ausrichtung. In Berlin geht am längsten Tag des Jahres die Sonne um 04:43 Uhr auf und um 21:33 Uhr wieder unter. Der Tag dauert somit 16,84 Stunden.${^1}$
Am 21. Dezember jeden Jahres ist der Einstrahlungswinkel der Sonne am flachsten.
- In den Monaten davor und danach sehen wir die Sonne also viel flacher am Himmel und die Tage sind kürzer.
- In Berlin geht die Sonne dann um 08:15 Uhr auf und um 15:54 Uhr unter. Stell dir vor, der kürzeste Tag dauert somit nur 7,66 Stunden.
Genau an diesem Tag, dem 21. Dezember, ist dann auf der Südhalbkugel der längste Tag. Wenn bei uns also gerade Winter ist, ist auf der Südhalbkugel Sommer und umgekehrt.
→ Der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen bestimmt unsere Jahreszeiten mit ihren unterschiedlichen Tageslängen und Temperaturen.
Im Anschluss an das Video findest du Übungen und Arbeitsblätter zum Thema Tag und Nacht.
Transkript Tag und Nacht
Der Schatten einer Sonnenuhr verändert seine Länge nicht nur während eines Tages, auch im Jahresverlauf ist er unterschiedlich lang. Im Winter ist er viel länger als im Sommer. Warum ist das so? Um das zu klären, sehen wir uns die Erde wieder aus dem Weltraum an. Die Erde umkreist die Sonne auf einer elliptischen Bahn. Für eine Umrundung benötigt sie ziemlich genau ein Jahr. Außerdem dreht sich die Erde einmal in 24 Stunden um sich selbst. Ihre Drehachse steht dabei allerdings nicht senkrecht zu ihrer Umlaufbahn. Sie ist um 23,5 Grad geneigt. Die Sonnenstrahlen treffen daher im Laufe eines Jahres nicht immer im gleichen Winkel auf die Erdoberfläche. Im Sommer ist die Nordhalbkugel der Sonne stärker zugewandt, im Winter die Südhalbkugel. Wie wirkt sich das aus? Im Sommer fallen die Sonnenstrahlen bei uns auf der Nordhalbkugel relativ steil auf die Erdoberfläche. Am 21. Juni ist ihr Einstrahlungswinkel am größten. Unser Sommer beginnt. Wir sehen die Sonne in dieser Jahreszeit hoch am Himmel stehen. Die Tage sind dann bei uns besonders lang. Die Sonne geht morgens schon früh auf und abends erst spät wieder unter. Der Schatten von Luisas Sonnenuhr ist im Sommer um die Mittagszeit besonders kurz, da die Sonnenstrahlen sehr steil auf den Stab treffen. Auch unsere warmen Sommertemperaturen haben wir der Erdneigung und ihrer Position zur Sonne zu verdanken. Die Energie des Sonnenlichtes wird auf der Erdoberfläche in Wärmeenergie umgewandelt. Dabei gilt: Je steiler die Sonnenstrahlen auf die Erde treffen, desto stärker wird diese erwärmt. In den Sommermonaten fallen die Sonnenstrahlen besonders steil auf die Nordhalbkugel. Die Temperaturen sind bei uns in dieser Jahreszeit relativ hoch. Im Winter hingegen ist die Nordhalbkugel leicht von der Sonne weg geneigt. Die Sonnenstrahlen treffen dort nun in einem flacheren Winkel auf die Erde. Die Temperaturen sinken und die Tage werden kürzer. Die Sonne steht dann bei uns auch tagsüber nur noch niedrig am Himmel. Am 21. Dezember hat sie ihren Tiefststand erreicht, der Winter beginnt. Am Nordpol geht die Sonne in dieser Jahreszeit überhaupt nicht auf. Der Schatten von Luisas Sonnenuhr ist im Winter auch mittags ziemlich lang. Die Sonnenstrahlen treffen den ganzen Tag sehr schräg auf den Stab. Außerdem ist es bei uns im Winter viel kälter als im Sommer. Die Sonnenstrahlen fallen nur noch flach auf die Nordhalbkugel und erwärmen die Erdoberfläche dort nicht mehr so stark. Zur gleichen Zeit ist die Südhalbkugel der Sonne stärker zugeneigt. Die Sonnenstrahlen treffen dort sehr steil auf die Erdoberfläche und erwärmen sich stärker. Wenn bei uns Winter ist, ist auf der Südhalbkugel daher gerade Sommer und umgekehrt. Der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen bestimmt also unsere Jahreszeiten mit ihren unterschiedlichen Tageslängen und Temperaturen. Auf den kalten Winter folgt der milde Frühling, der die Blüten sprießen lässt. Der Sommer beschert uns manchmal hitzefrei und im Herbst, wenn es kühler wird, verlieren viele Bäume wieder ihre Blätter.
Tag und Nacht Übung
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Gib wieder, warum die Temperaturen auf der Erde schwanken können.
TippsSteht die Drehachse der Erde senkrecht zu ihrer Umlaufbahn? Wenn nicht, können auch die Sonnenstrahlen nicht immer im gleichen Winkel auf die Erdoberfläche treffen.
Im Sommer fallen die Sonnenstrahlen auf der Nordhalbkugel relativ steil auf die Erdoberfläche. Das erklärt die hohen Temperaturen.
Zwei Aussagen sind korrekt.
LösungDie Temperaturen jeder Jahreszeit variieren. Das hängt von der Erdneigung und der Position der Sonne ab. Die Erde umkreist die Sonne auf einer elliptischen Bahn. Dabei steht die Erde nicht senkrecht zu ihrer Umlaufbahn, sondern ist um 23,5° geneigt. Das führt dazu, dass die Sonnenstrahlen nicht immer im gleichen Winkel auf die Erdoberfläche treffen und es deswegen mal wärmer und mal kälter auf der Erde ist. Da die Nordhalbkugel im Sommer der Sonne stärker zugeneigt ist, steigen dementsprechend auch die Temperaturen an. Im Winter hingegen ist die Nordhalbkugel leicht von der Sonne weggeneigt, weswegen es im Winter deutlich kühler ist.
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Ergänze, wie sich die Sonneneinstrahlung auf der Erde im Laufe eines Jahres verhält.
TippsDie Südhalbkugel liegt südlich des Äquators.
Erinnerst du dich, wann auf der Nordhalbkugel Sommeranfang ist?
Die rote Linie zeigt die steigende und fallende Temperatur zu den einzelnen Jahreszeiten auf.
LösungAuf dem Bild kannst du noch einmal den Stand der Sonne im Laufe eines Jahres nachvollziehen.
Ist auf der Nordhalbkugel gerade Frühling, so ist auf der Südhalbkugel Herbst. Grund dafür ist die Sonneneinstrahlung, denn wenn auf der Nordhalbkugel am 21.6. gerade Sommeranfang ist, so herrschen auf der Südhalbkugel eisige Temperaturen, da dort Winter ist. Wird es auf der Nordhalbkugel durch den Herbst und Winter kühler, so beginnt es auf der Südhalbkugel im Frühling und Sommer wärmer zu werden.
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Untersuche die Bewegung der Erde um die Sonne.
TippsDie Erde ist ständig in Bewegung. In 24 Stunden dreht sie sich einmal um sich selbst. Worum dreht sich die Erde noch?
LösungJahreszeiten wie Sommer oder Winter werden bestimmt durch den Einfallswinkel der Sonnenstrahlen. Wenn auf der Nordhalbkugel zum Beispiel Sommer ist, fallen die Sonnenstrahlen steil auf die Erdoberfläche. Zur gleichen Zeit ist auf der Südhalbkugel Winter, da hier nun die Sonnenstrahlen im flacheren Winkel auf die Erde fallen. Dass die Sonnenstrahlen immer anders auf die Erdoberfläche fallen, hängt mit der Bewegung der Erde zusammen. Die Erde umkreist nämlich die Sonne auf einer elliptischen Bahn. Dabei dreht sie sich außerdem einmal in 24 Stunden um sich selbst, wobei ihre Drehachse nie senkrecht zu ihrer Umlaufbahn steht, sondern immer um 23,5 Grad geneigt ist. Das erklärt, warum die Sonnenstrahlen immer in einem anderen Winkel auf die Erdoberfläche treffen.
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Arbeite das Phänomen des Polartags und der Polarnacht heraus.
TippsDer Polartag wird auch Mitternachtssonne genannt, da die Sonne nie untergeht.
LösungPolartag und Polarnacht herrschen im Nordpolargebiet. Am Polartag geht dabei auch die Sonne nachts nicht unter. Das liegt daran, dass Tag und Nacht am Nord- und Südpol nicht gleich lang sind. Wenn zum Beispiel am Sommeranfang auf der Nordhalbkugel (21.6.) die Sonnenstrahlen steil auf den nördlichen Wendekreis fallen, dann sind die Tage auf der Nordhalbkugel lang, die Nächte dafür aber umso kürzer.
Am 21.12. hingegen treffen die Sonnenstrahlen steil auf den südlichen Wendekreis. Auf der Nordhalbkugel sind die Tage nun kurz und die Nächte sehr lang. Das ist der Grund, warum in der Polarnacht im Nordpolargebiet die Sonne auch am Tag nicht aufgeht.
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Zeige den Zusammenhang zwischen den Temperaturen auf der Erde und der Erdneigung sowie der Position der Sonne auf.
TippsAchte auf sogenannte Konnektoren, die die einzelnen Satzteile miteinander verbinden. Diese können dir bei der Bearbeitung helfen!
Wenn in Deutschland Winter herrscht, gilt das auch für den Rest der Welt?
LösungOb es auf der Erde warm oder kalt ist, hängt von der Erdneigung und der Position zur Sonne ab: Fallen die Sonnenstrahlen besonders steil auf die Erdoberfläche, so ist es auch besonders heiß. Das liegt daran, dass die Sonnenstrahlen auf der Erdoberfläche in Energie umgewandelt werden. Vielleicht hast du auch schon mal in deiner Nachbarschaft Solaranlagen gesehen? Die dienen genau dem Zweck, diese Energie der Sonne zu speichern.
Da es im Sommer besonders heiß ist, heißt das, dass die Sonnenstrahlen steil auf die Erde fallen. Doch Vorsicht, das gilt nicht für die ganze Welt! Denn es kann entweder nur auf der Nordhalbkugel oder auf der Südhalbkugel Sommer sein. Auf der jeweils anderen Seite ist dann zur gleichen Zeit Winter.
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Untersuche, welche Folgen sich aus den geografischen Unstimmigkeiten ergeben würden.
TippsBedenke, dass die Erwärmung der Erdoberfläche mit dem Einstrahlungswinkel der Sonne zusammenhängt. Je steiler die Sonnenstrahlen auf die Erde fallen, desto wärmer ist es. Was würde passieren, wenn die Sonnenstrahlen immer im gleichen Winkel fallen?
Alle vier Jahre haben wir im Kalender einen zusätzlichen Tag: den 29. Februar. Warum ist das so?
LösungDie Erde dreht sich in 365 Tagen, 5 Stunden, 48 Minuten und 48 Sekunden um die Sonne. Sie braucht für eine Umrundung also etwas mehr als ein Jahr. Die zusätzliche Zeit wird alle vier Jahre durch einen Schalttag, den 29. Februar, ausgeglichen. Bei ihrer Umrundung um die Sonne steht die Erde keinesfalls senkrecht, sondern ist um 23,5 Grad geneigt. Das führt dazu, dass mal die Nordhalbkugel und mal die Südhalbkugel mehr von der Sonne beschienen wird. Jahreszeiten entstehen.
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