Warum herrscht auf der Südhalbkugel eine andere Jahreszeit als auf der Nordhalbkugel?

Wir genießen die ersten warmen Sonnenstrahlen im Frühling, freuen uns auf Schwimmbadbesuche im Sommer und stapfen im Herbst durch buntes Laub. Spätestens im Dezember holen wir unsere dicken Pullover aus dem Schrank, denn in den Wintermonaten kann es ganz schön kalt werden – und meistens schneit es auch. Die Jahreszeiten beeinflussen unser Leben, aber auch das der Pflanzen und Tiere. Doch wie kommt es zu diesem Wechsel der Jahreszeiten?

Der auffälligste Unterschied zwischen den Jahreszeiten: Im Sommer ist es warm, im Winter kalt. Die Wärme stammt vor allem von der Sonne, also muss der Unterschied zwischen Sommer und Winter etwas mit der Sonne zu tun haben.

Tatsächlich gibt es gleich mehrere Gründe: So sind im Sommer die Tage lang und die Nächte kurz. Luft und Erdboden haben also im Sommer tagsüber viel Zeit, sich aufzuwärmen, und kühlen in der kurzen Nacht nur wenig ab. Im Winter ist es umgekehrt: Die Sonne bringt nur kurze Zeit etwas Wärme, in den langen Nächten kühlen Luft und Boden aus.

Außerdem sind die wärmenden Sonnenstrahlen im Winter schwächer. Verglichen mit dem Sommer steht die Sonne tiefer am Himmel. Die Sonnenstrahlen treffen also flacher auf den Boden. Dadurch verteilt sich das Sonnenlicht auf eine größere Fläche, so dass jede einzelne Stelle am Boden weniger Licht und Wärme abbekommt. Noch dazu müssen die flachen Sonnenstrahlen einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen, dabei geht mehr Energie verloren.

Im Sommer steht dagegen die Sonne hoch am Himmel. Die Lichtstrahlen treffen steil auf den Boden und bringen viel Wärme mit.

Aber während wir uns auf der Nordhalbkugel über den warmen Sommer freuen, ist auf der Südhalbkugel Winter. Denn ob die Sonne hoch oder tief am Himmel steht und ob die Tage lang oder kurz sind, hängt davon ab, ob gerade die Nord- oder die Südhalbkugel zur Sonne hin geneigt ist.

In der Nähe des Äquators ändern sich Tageslänge und Sonnenstand im Laufe des Jahres nur wenig, so dass es dort das ganze Jahr über tropisch heiß ist.

Warum sind unsere Tage unterschiedlich lang?

Im Sommer freuen wir uns über lange Tag und kurze Nächte, im Winter dagegen wird es schon am Nachmittag dunkel. Und rund um Nord- und Südpol gibt es sogar Gegenden, in denen die Sonne monatelang nicht auf- oder untergeht. Tag und Nacht können also unterschiedlich lang sein – aber warum?

Tag und Nacht erleben wir, weil die Erde eine Kugel ist, die sich dreht: Wenn sich unser Wohnort in den beleuchteten Bereich hinein dreht, wird es Tag; wenn er sich wieder heraus dreht, Nacht.

Dazu kommt noch, dass die Erdachse schief steht: Während eines halben Jahres ist die Nordhalbkugel zur Sonne hingekippt, während der anderen Hälfte die Südhalbkugel.

Wenn man sich anschaut, wie die gekippte Erdkugel von der Sonne beleuchtet wird, sieht man: Nord- und Südhalbkugel sind nicht gleichmäßig beleuchtet. Wenn unsere Nordhalbkugel zur Sonne geneigt ist, ist der beleuchtete Bereich dort größer als auf der Südhalbkugel. Dadurch dreht sich der Ort, an dem wir leben, früher ins Sonnenlicht und später wieder heraus. Also ist unser Tag länger, als auf der Südhalbkugel.

Am längsten ist der Tag bei uns, wenn die Nordhalbkugel am stärksten in Richtung Sonne gekippt ist. Das ist immer am 21. Juni der Fall. In Stuttgart zum Beispiel liegen dann zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang etwa sechzehn Stunden. Danach werden die Tage wieder kürzer, deshalb spricht man von der Sommersonnenwende.

Andersherum ist es, wenn die Nordhalbkugel am weitesten von der Sonne weg geneigt ist. Diese Wintersonnenwende passiert genau einen halben Umlauf (also ein halbes Jahr) später, am 21. Dezember. In Stuttgart ist die Sonne dann nur etwa acht Stunden zu sehen.

Genau in der Mitte zwischen den Sonnenwenden liegen der 21. März und der 22. September. An diesen Tagen dauern Tag und Nacht genau gleich lang (nämlich zwölf Stunden), man nennt sie deshalb Tag-und-Nacht-Gleiche.

Je näher man zum Äquator kommt, desto geringer werden die Unterschiede. Und genau am Äquator dauern Tag und Nacht immer zwölf Stunden.

Ganz anders ist rings um den Nordpol: Dieser ist ein halbes Jahr lang zur Sonne hin geneigt, so dass es dort ein halbes Jahr lang ununterbrochen hell ist. Das andere halbe Jahr ist der Nordpol nach hinten weg gekippt. So folgt auf einen sechs Monate langen „Polartag“ eine ebenso lange „Polarnacht“. Den Bereich rund um den Nordpol, in dem es Tage gibt, an denen die Sonne gar nicht auf oder unter geht, nennt man Polarkreis. Rund um den Südpol passiert genau das gleiche, nur mit vertauschten Jahreszeiten: Ist am Nordpol gerade Tag, ist am Südpol Nacht, und umgekehrt.

Warum steht die Sonne unterschiedlich hoch am Himmel?

An heißen Sommertagen freut man sich über einen kühlen Schatten, im Winter dagegen möchte man nicht im Schatten stehen und frieren. Doch die Welt ist ungerecht: Ausgerechnet im Sommer sind die Schatten kurz, denn die Sonne steht hoch am Himmel. Und im Winter steht die Sonne so niedrig, dass selbst kleine Hügel lange Schatten werfen. Aber warum steht die Sonne eigentlich unterschiedlich hoch am Himmel?

In Wirklichkeit steht die Sonne immer an der gleichen Stelle, im Mittelpunkt des Sonnensystems. Nur von unserem Standpunkt sieht es so aus, als ob die Sonne aus unterschiedlichen Richtungen kommt. Das liegt daran, dass wir auf einer Kugel leben.

Wie das Licht von der Sonne auf der Erdkugel ankommt, hängt davon ab, wo man auf dieser Kugel steht. Wenn man genau am „Bauch“ steht, also der Stelle, die genau zur Sonne hin gerichtet ist, treffen die Lichtstrahlen genau im rechten Winkel auf die Kugeloberfläche. Die Sonne steht also genau über einem am Himmel.

Wenn man von dort nach Norden geht, krümmt sich die Erdoberfläche von der Sonne weg. Deshalb treffen die Sonnenstrahlen nicht mehr im rechten Winkel auf, sondern schräg, aus südlicher Richtung. Von der Erde aus steht dann die Sonne nicht mehr genau über einem, sondern etwas im Süden.

Und je weiter man nach Norden geht, um so flacher treffen die Lichtstrahlen auf, das heißt: um so tiefer steht die Sonne über dem Horizont. Geht man dagegen vom „Bauch“ aus nach Süden, ist es genau umgekehrt: Die Sonne scheint von Norden zu kommen, und zwar um so flacher, je weiter man nach Süden geht.

Das ist aber noch nicht alles: Da die Erdachse schief steht, ändert sich unsere Stellung zur Sonne im Laufe eines Jahres. Im Sommer, wenn die Nordhalbkugel der Erde zur Sonne hingekippt ist, sind wir näher am „Bauch“. Die Sonnenstrahlen treffen daher in steilerem Winkel auf die Erde auf und die Sonne steht höher am Himmel. Im Winter dagegen ist die Nordhalbkugel von der Sonne weg gekippt und wir sind weiter vom „Bauch“ entfernt. Das Licht trifft dann flacher auf die Erde und die Sonne steht tiefer am Himmel.

Zusätzlich dreht sich die Erde auch noch, und so kommt jeden Tag noch eine zweite Bewegung dazu: Im Laufe des Tages wandert die Sonne von Osten nach Westen über den Himmel – und das eben je nach Jahreszeit mehr oder weniger hoch über dem Horizont.

Die Wirkung von Sonnenlicht

Im Inneren der Sonne ist es unvorstellbar heiß: Ganze 15 Millionen Grad herrschen hier. An der Oberfläche der Sonne sind es immerhin noch 5.600 Grad Celsius. Damit ist die Sonne weißglühend und erscheint unserem Auge als weiße Kugel.

Ohne die Sonne gäbe es kein Leben auf diesem Planeten, jedenfalls nicht so wie wir es heute kennen. Die Sonne ist eine gigantische Energiequelle, die Licht und Wärme ins Weltall strahlt. Ein Teil ihrer Strahlung erreicht auch die Erde. Diese Energie erwärmt unsere Atmosphäre, den Erdboden und die Meere.

Am stärksten heizt die Sonne die Gegend um den Äquator auf, denn dort treffen ihre Strahlen senkrecht auf eine relativ kleine Fläche. Die Pole erreichen die Sonnenstrahlen dagegen in einem flacheren Winkel. Hier verteilt sich die Sonnenenergie daher auf eine größere Fläche; und in diesen Regionen bleibt es kühler. So sorgt die verschieden starke Sonneneinstrahlung für unterschiedliche Klimazonen. Auch Jahreszeiten und Wetter sind das Ergebnis von unterschiedlich starker Sonneneinstrahlung.

Würde die Erde die gesamte Sonnenenergie speichern, wäre es hier in kürzester Zeit unerträglich heiß. Das ist schon an einem heißen Sommertag zu spüren, wenn die Temperatur nach Sonnenaufgang in kürzester Zeit auf 30 Grad Celsius klettert. Damit das Klima über Jahrhunderte stabil bleiben kann, muss die Erde etwa die gleiche Menge der gelieferten Sonnenenergie auch wieder loswerden.

Das geschieht durch die Strahlung der Erde ins All. Etwa ein Drittel der Sonnenenergie wird von Atmosphäre, Landfläche, Gewässern und Eismassen sofort zurückreflektiert. Den Rest an Energie nimmt die Erde zunächst in Form von Wärme auf. Diese Wärme gibt sie dann langsam und in alle Himmelsrichtungen wieder an den Weltraum ab.