Wie entstehen die Jahreszeiten? Das Geheimnis der schiefen Erdachse

Lange, sonnige Tage im Sommer, kurze, kalte im Winter – der Wechsel der Jahreszeiten ist so vertraut, dass kaum jemand nach dem Grund fragt. Und wenn doch, lautet die häufigste Antwort: „Im Sommer ist die Erde näher an der Sonne.“ Das ist falsch. Der wahre Grund ist viel spannender und hat damit zu tun, dass unser Planet ein wenig schief steht.

Der verbreitete Irrtum: der Abstand

Die Erdbahn um die Sonne ist kein perfekter Kreis, sondern eine leicht abgeflachte Ellipse. Unser Abstand zur Sonne schwankt daher im Laufe des Jahres ein wenig:

Auffällig: Am nächsten ist die Erde der Sonne im Januar – also im Winter der Nordhalbkugel. Würde der Abstand die Jahreszeiten bestimmen, müsste im Januar Sommer sein. Außerdem beträgt der Unterschied nur etwa 3 % und wirkt sich kaum auf die Temperatur aus.

Noch ein Hinweis: Wäre der Abstand die Ursache, hätten beide Halbkugeln gleichzeitig Sommer. Doch wenn in Deutschland Sommer ist, herrscht in Australien, Argentinien und Südafrika Winter.

Die wahre Ursache: 23,4 Grad Neigung

Die Erdachse steht nicht senkrecht auf der Ebene der Erdbahn, sondern ist um etwa 23,4 Grad geneigt. Noch wichtiger: Sie zeigt im Raum fast immer in dieselbe Richtung – ihr Nordende weist das ganze Jahr ungefähr auf den Polarstern.

Kombiniert man beides, ergibt sich folgendes Bild:

• Um den Juni ist die Nordhalbkugel zur Sonne geneigt: Sommer im Norden, Winter im Süden.
• Um den Dezember steht die Erde auf der anderen Seite ihrer Bahn. Die Achse zeigt weiterhin in dieselbe Richtung, jetzt ist also die Südhalbkugel der Sonne zugewandt: Winter im Norden, Sommer im Süden.
• Im März und September sind beide Halbkugeln gleich zur Sonne ausgerichtet. Das sind die Tagundnachtgleichen (Äquinoktien).

Wie verändert die Neigung die Temperatur?

Die Achsneigung erwärmt oder kühlt eine Halbkugel auf zwei Wegen.

1. Der Einfallswinkel des Lichts

Steht die Sonne hoch am Himmel, treffen ihre Strahlen steil auf den Boden, und die Energie konzentriert sich auf eine kleine Fläche. Steht sie tief, trifft dasselbe Strahlenbündel flach auf und verteilt sich auf eine viel größere Fläche. Jeder Quadratmeter erhält dann weniger Energie.

Mit einer Taschenlampe lässt sich das leicht ausprobieren: Hältst du sie senkrecht auf einen Tisch, entsteht ein kleiner, heller Kreis. Neigst du sie, wird daraus ein langes, blasses Oval. Darum wärmt die Wintersonne so wenig.

Flach einfallendes Licht durchquert zudem mehr Atmosphäre, wird dabei stärker gestreut und absorbiert – noch weniger Energie kommt am Boden an.

2. Die Tageslänge

Auf der zur Sonne geneigten Halbkugel beschreibt die Sonne einen längeren Bogen über den Himmel, und die Tage werden länger. Lange Tage geben Boden und Luft mehr Zeit, sich zu erwärmen; kurze Nächte lassen weniger Zeit zum Abkühlen.

Zu den Polen hin wird der Effekt stärker:

• In Hamburg dauert der längste Tag etwa 17 Stunden, der kürzeste nur rund 7,5 Stunden.
• Nördlich des Polarkreises geht die Sonne im Sommer tagelang nicht unter (Mitternachtssonne) und im Winter tagelang nicht auf (Polarnacht).
• Am Äquator bleibt die Tageslänge das ganze Jahr nahe 12 Stunden.

Sonnenwenden und Tagundnachtgleichen

Vier besondere Momente gliedern das Jahr. Die genauen Daten können sich wegen des Kalenders um einen Tag verschieben:

In der Astronomie beginnen die Jahreszeiten zu diesen Zeitpunkten (astronomische Jahreszeiten). Der Deutsche Wetterdienst und andere Wetterdienste teilen das Jahr der Statistik zuliebe in volle Monate: Auf der Nordhalbkugel umfasst der Sommer Juni, Juli und August (meteorologische Jahreszeiten).

Warum sind Juli und August am heißesten?

Wenn wir Ende Juni die meiste Sonnenenergie erhalten, warum kommen die heißesten Tage erst Wochen später? Die Antwort heißt jahreszeitliche Verzögerung.

Meere, Seen und Böden nehmen Wärme langsam auf und geben sie langsam wieder ab. Auch wenn die Tage ab Ende Juni kürzer werden, kommt eine Zeit lang noch mehr Energie an, als abgestrahlt wird. Die Temperaturen erreichen deshalb im Juli und August ihren Höhepunkt. Aus demselben Grund ist es meist im Januar und Februar am kältesten, nicht im Dezember.

In Küstenstädten ist die Verzögerung stärker, weil sich Wasser viel langsamer erwärmt und abkühlt als Land.

Was wäre ohne Achsneigung?

Stünde die Erdachse genau senkrecht:

• Überall wären Tag und Nacht jeden Tag etwa 12 Stunden lang.
• Das Klima an deinem Wohnort würde sich das ganze Jahr kaum ändern; der Äquator wäre immer heiß, die Pole immer kalt.
• Jahreszeitliche Rhythmen wie Frühlingsblüte, Laubfall im Herbst oder Vogelzug sähen ganz anders aus.

Forschende gehen davon aus, dass die Neigung dank der Schwerkraft des Mondes recht stabil bleibt. Trotzdem schwankt sie in einem Zyklus von etwa 41.000 Jahren leicht zwischen 22,1 und 24,5 Grad – kleine Änderungen, die bekanntermaßen beim Takt der Eiszeiten mitspielen.

Jahreszeiten auf anderen Planeten

Jahreszeiten gibt es nicht nur auf der Erde. Jeder Planet hat seine eigene Neigung:

• Mars: etwa 25 Grad geneigt. Da ein Marsjahr fast zwei Erdjahre dauert, sind die Jahreszeiten rund doppelt so lang.
• Jupiter: nur etwa 3 Grad Neigung – praktisch keine Jahreszeiten.
• Uranus: etwa 98 Grad geneigt, er rollt quasi auf der Seite um die Sonne. Jeder Pol erlebt rund 42 Jahre Dauertag und danach 42 Jahre Dauernacht.

Kurz gesagt

Die Jahreszeiten entstehen nicht durch den Abstand zur Sonne, sondern durch die 23,4 Grad geneigte Erdachse. Die zur Sonne geneigte Halbkugel erhält steileres Licht und längere Tage – Sommer –, die andere flaches Licht und kurze Tage – Winter. Denk bei der nächsten Sommersonnenwende daran, wie die Erde leicht schräg durch den Weltraum gleitet.