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Der Planetenweg in Sankt Aldegund

Informationen zu den verwendeten Begriffen - Bezeichnungen - Angaben

Diese Informationen zum Planetenweg in St. Aldegund erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit und sollen Begriffe und Zusammenhänge einfach beschreiben.

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Astronomie

Der Name Astronomie, auch als “Sternenkunde” bezeichnet, wird aus (griechisch ástron “Stern” und nómos “Gesetz”) gebildet. Sie ist eine Naturwissenschaft, die die Positionen, Bewegungen und Eigenschaften der Himmelsobjekte im Universum erforscht.
Sie strebt danach das Universums als Ganzes, seine Entstehung und seinen Aufbau zu verstehen.

Durch die Verbindung zur Raumfahrt und durch die thematische Vielfalt finden die astronomischen Forschungsergebnisse in der Öffentlichkeit zunehmend Interesse.

Nur an wenigen Schulen ist Astronomie ein Unterrichtsfach. An Universitäten wurde die Astronomie bereits um 1800 zu einer eigenen Studienrichtung.

Die Astronomie als Naturwissenschaft ist streng von der Astrologie, der Sternendeutung abgegrenzt. Die beiden Begriffe werden umgangssprachlich gelegentlich verwechselt.
 

Das Link auf ein Thema innerhalb dieser Seiten Hintergrundbild unseres Internetauftritts zeigt einen Ausschnittes der Milchstraße mit dem Mond am Nachthimmel.

 

Milchstraße, Galaxis

 

Nächtlicher Blick auf einen Ausschnitt der Michstrasse

Nächtlicher Blick auf einen Ausschnitt der Michstrasse
(Bildnachweis: A. Fujii NASA image, https://www.nasa.gov/sites/default/files/images/611573main1_2012_dark-rift-670.jpg)
 

Die Milchstraße, auch Galaxis genannt, ist die Galaxie, in der sich unser Sonnensystem mit den acht Planeten befindet.
Der altgriechische Name “galaxias” ist von dem Wort “gala” (Milch) abgeleitet. Somit deutet der altgriechische Begriff auf das “milchige” Aussehen der “Sternenstraße” hin. Ihre Form entspricht einer flachen Scheibe, und sie besteht aus Milliarden von Sternen.

Die Milchstraße ist bei klarem Himmel nachts von der Erde aus als bandförmige Aufhellung am Nachthimmel sichtbar. Das Band der Milchstraße erstreckt sich als unregelmäßig breiter, schwach milchig-heller Streifen über den Nachthimmel. Darin sind mit dem bloßen Auge keine Einzelsterne zu erkennen, sondern eine Vielzahl von Sternen mit unterschiedlicher Größe und Lichtstärke.

Wegen der „Lichtverschmutzung“ durch Straßenbeleuchtungen und Leutreklamen wird die Milchstraße von vielen Menschen kaum noch zur Kenntnis genommen.

 

Himmelskörper oder Himmelsobjekte ...

... sind alle astronomischen Objekte, die von der Astronomie und der Astrophysik untersucht werden.

Dies sind zum Beispiel; Sterne, Planeten und Zwergplaneten, Kometen, Asteroiden Meteoriten, Monde, die Objekte im Kuipergürtel und in der Oortsche Wolke.

 

astronomisches Symbol für die Sonne, Sterne

Definition Stern

In der Astronomie versteht man unter einem Stern einen massereichen, selbstleuchtenden Himmelskörper.

Wie zum Beispiel unsere Sonne bestehen Sterne aus sehr heißem Gas und Plasma, welches durch die eigene Schwerkraft zusammengehalten wird und dadurch annähernd kugelförmig ist.

Die dabei entstehenden gigantischen Druckverhältnisse und Temperaturen im Inneren der Sterne sind nur schwer vorstellbar. Sterne haben Oberflächentemperaturen zwischen 3.000 und 20.000 K, selten sind Extremwerte bis zu 45.000 K möglich.

Zum Vergleich Eisen schmilzt bei 1811 K (1538 °C) und siedet bei 3273 K (3000 °C). Wolfram, ein weiß glänzendes Schwermetall mit hoher Dichte und dem höchsten Schmelzpunkt, es schmilzt bei 3695 K (3422 °C) und siedet bei 6203 K (5930 °C). Es ist bekannt als Material für Glühwendel in herkömmlichen Leuchtmitteln (Glühlampen, Halogenlampen).

Eine der wichtigsten Erkenntnisse der modernen Astronomie ist, dass fast alle mit dem bloßen Auge punktförmig erscheinenden Himmelskörper weit entfernte Sterne “Sonnen” sind.

 

Definition Planet (IAU)

Begründet auf der im August 2006 festgelegten Definition der Internationalen Astronomischen Union (IAU) ist ein Planet ein Himmelskörper;

a- der sich auf einer Umlaufbahn um die Sonne bewegt,

b- der eine so große Masse aufweist dass er eine näherungsweise kugelähnliche Form bildet,

c- der als dominierendes Objekt durch sein Gravitationsfeld weitere Objekte in seiner Umlaufbahn über die Zeit „geräumt“ hat.
Daher kann es keine Vielzahl von Planeten in der gleichen Umlaufbahn geben.

Pluto hat durch diese Definition seinen vormaligen Status als Planet verloren und wird jetzt als Zwergplanet bezeichnet (was immer noch umstritten ist).
Hätten wir den Zwergplaneten Pluto in unseren Planetenweg aufgenommen, dann wäre dieser rund 2 km = 39,5 AE lang geworden.

Objekte planetarer Masse, die nicht an massereichere Himmelskörper wie Sterne gebunden sind, werden als “freifliegende Planeten” oder “vagabundierende Planeten” Bezeichnet.

Astronomische Objekte unseres Sonnensystems mit annähernder Kugelform, die lediglich Punkt (c) der Definition nicht erfüllen, werden „Zwergplaneten“ genannt.

 

Gesteinsplaneten

Ein Gesteinsplanet in unserem Sonnensystem, Erdähnlicher Planet oder auch als terrestischer Himmelskörper bezeichnet, weist eine feste Oberfläche auf.

Er besteht fast vollständig aus nicht gasförmigen Bestandteilen in einem schalenförmigen Aufbau grob unterteilt in Kruste, Mantel und Kern. Oberhalb der Oberfläche beginnt meist eine Atmosphäre mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, Drücken und Dicke.

Die genaue Zusammensetzung der vier erdähnlichen Planeten in unserem Sonnensystem ist sehr unterschiedlich und in den jeweiligen physikalischen Daten der Planeten angegeben.

Die mittlere Dichte der Gesteinsplaneten beträgt zwischen 3,9 und 5,5 g/cm³.
Vor allem die eigene Masse zwingt einen Himmelskörper in eine Kugelform (siehe Gravitation).

 

Gasplaneten

Ein Gasplanet in unserem Sonnensystem besteht überwiegend ( > 97% ) aus den leichten Gasen Wasserstoff und Helium. Anderer Gase sind in geringen Anteilen oder nur in Spuren vorhanden. Die detailierte Zusammensetzung der vier Gasplaneten ist in den jeweiligen physikalischen Daten der Planeten angegeben.

Bis auf den Saturn beträgt die mittlere Dichte zwischen 1,2 und 1,7 g/ cm³. Auf Grund der eigenen Masse formt sich eine Kugelform (siehe Gravitation).

Die vier Gasplaneten unseres Sonnensystemes drehen sich sehr schnell um die eigene Achse, dagegen beträgt ihre Umlaufzeit von ca. 11 Jahren bis zu 165 Jahren.

Gasplaneten haben keine feste Oberfläche, daher wird bei einem Gasplaneten das Nullniveau (Oberfläche) bei einem Druck der Gasschicht von 1 bar ≙ 100 kPa definiert.
Die darüber liegenden Schichten bilden die Atmosphäre.

Der Druck der Gase in einem Gasplaneten nimmt in der Tiefe immer weiter zu, dadurch verringern sich die Abstände der Gasmoleküle kontinuierlich bis hin zu dem „Kritischen Punkt“ an dem die Abstände der Moleküle denen in der flüssigen Phase entsprechen. Das Gas wird flüssig (kondensiert) und bei weiterer Druckerhöhung in der Tiefe geht es in den festen Zustand über.
Wasserstoff geht dann zum Beispiel in seine metallische Form über.

Beispiel: Propan und Butan als Flaschengas (Flüssiggas) für Camping-, Industrie- und Heizanwendung stehen in ihren Transportbehältern, den Gasflaschen, unter Druck und sind flüssig. Bei der Verwendung des Gases reduziert sich der Druck außerhalb der Gasflasche und der Gasförmige Zustand tritt wieder ein.

 

Definition Mond

Als Monde werden Trabanten (Satelliten) bezeichnet, die einen Planeten umkreisen. Es ist noch Unklar, wie sie und ihre Geländeformenentstanden sind.

Monde haben einen mehr oder weniger ausgeprägten Einfluss auf die jeweiligen Planeten, die von ihnen umkreist werden.

Dem Erdtrabanten gaben die Menschen keinen Namen, weil keine anderen “Monde” am Himmel zu sehen waren. Der Erdenmond war einmalig, bevor mit Teleskopen weitere Himmelskörper mit Monden entdeckt wurden.

Als im Januar 1610 Galileo mit einem selbstgebauten Teleskop die vier großen Monde des Jupiters entdeckte war dies eine große Sensation. Niemand hatte sich bis dahin vorstellen können, dass auch andere Planeten Monde haben. Inzwischen ist das Wissen um Monde wesentlich komplexer geworden; besonders in neuerer Zeit.

Monde können, müssen aber nicht rund sein, siehe zum Beispiel die beiden Mars Monde, die eine zu geringe Masse haben um eine runde Form zu bilden.

Bild des Mondes der Erde im Planetenweg in St. Aldegund

Bild des Mondes der Erde
 

 

Asteroiden, astronomische Kleinkörper

Bild des Asteroiden IDA im Planetenweg in St. Aldegund

Bild des Asteroiden Ida des Asteroidenhauptgürtels
 

Als Asteroiden werden astronomische Kleinkörper bezeichnet.

Neben Asteroiden gehören Meteoriten und Kometen zur Klasse der Kleinkörper. Asteroid bedeutet wörtlich „sternartig“.

Der Begriff Asteroid wird als Synonym für Kleinplaneten verwendet, und bezieht sich auf Objekte die sich innerhalb der Neptunbahn befinden.

Asteroiden besitzen im Gegensatz zu Zwergplaneten eine zu geringe Masse, um eine annähernd runde Form zu bilden und sind daher fast immer unregelmäßig geformte Körper.

Viele Asteroiden bewegen sich nicht auf einer annähernd kreisrunde Umlaufbahn.

Der Asteroidenhauptgürtel befindet sich zwischen den Planetenbahnen von Mars und Jupiter, im Bereich von ca. 2 bis 3,4 AE.

Die Anzahl der inzwischen bekannten Asteroiden liegt bei über 650.000 und es werden immer noch weitere Asteroiden entdeckt.

Galileo war die erste Sonde, die einen Asteroiden besucht hat. Sie passierte auf ihrem Weg zum Jupiter am 29.10.1991 den Asteroiden 951 Gaspra und am 28.8.1993 den Asteroiden 243 Ida. Dabei wurde ein Mond von Ida entdeckt, der den Namen Dactyl erhielt.

 

Asteroidengürtel

Der Asteroidengürtel ist ein Bereich in unserem Sonnensystem indem sich eine gehäufte Ansammlung von Asteroiden befindet. Dieser Gürtel befindet sich zwischen den Planetenbahnen von Mars und Jupiter. Darin existieren neben den Zwergplaneten Ceres, Pallas, Juno, Vesta weitere, mehr als 650 000 Objekte.

Die einzelnen Umlaufbahnen dieser Objekte erstrecken sich über einen Bereich zwischen etwa 2,0 bis 3,4 AE.

Die große Zahl der Planetoiden verteilt sich somit auf einen immensen Raum.

Die Masse aller Asteroiden des Hauptgürtels zusammen entspricht etwa 5 Prozent der Masse des Erdmondes oder einem Drittel des Planetoiden Pluto.

Heute nimmt man an, dass der Asteroidengürtel mit dem restlichen Sonnensystem aus einem präsolaren Urnebel (Sternstaub) hervorgegangen ist. Und auf Grund der Einwirkung des Jupiters der Sternstaub nicht zu einem Planeten zusammenwachsen konnte.

Die Zusammensetzung der Asteroiden im gesamten Hauptgürtel ist nicht gleich.

Die Asteroiden im Hauptgürtel sind auch nicht gleichmäßig verteilt weil die Gravitation des Planeten Jupiter, mit seinen etwa 70 Prozent der Gesamtmasse der acht Planeten unseres Sonnensystems, Bahnstörungen verursacht.

Mit der Entdeckung des als Ceres benannten größten Zwergplaneten begann etwa um 1800 die weitere Suche nach Himmelskörpern, die zunächst als Planeten eingeordnet wurden. (Link auf ein Thema innerhalb dieser Seiten siehe auch Definition Planet)
 

Bild des Asteroiden Ceres im Planetenweg in St. Aldegund

Bild des größten Asteroiden Ceres des Asteroidenhauptgürtels
 

 

Datentabelle zu den acht Planeten

 

Tabelle mit wichtigen Daten der Planeten im Planetenweg in St. Aldegund

Tabelle mit wichtigen Daten der Planeten
 

Linksymbol auf das pdf Dokument Tabelle als pdf Datei auf eigener Seite
 

In dieser Tabelle haben wir wichtige Daten von den acht Planeten gegenüber gestellt. Die Tabelle ermöglicht somit einen direkten Vergleich dieser Daten.

Einige der Werte, wie zum Beispiel der Abstand der Planeten zur Sonne, sind direkt von der entsprechenden Umlaufbahn um die Sonne, dem Orbit, herleitbar.
Andere Werte variieren sehr stark und sind von mehreren, unterschiedlichen Faktoren abhängig.

So stehen zum Beispiel die Größe und die Masse scheinbar in einem Zusammenhang. Dabei erscheint es unerheblich, ob es sich um Gesteins- oder Gasplaneten handelt und ob sie sich auf einer engeren oder entfernteren Umlaufbahn um die Sonne befinden.

Bei den Gesteinsplaneten Merkur und Venus ist das Verhältnis von Äquator- und Poldurchmesser gleich, sie haben eine ideale Kugelform.

Bei dem Gasplaneten Saturn weicht das Verhältnis von Äquator- und Poldurchmesser am stärksten voneinander ab. Er hat die Form einer an den Polkappen abgeflachten Kugel worauf das Ringsystem mit seiner Masse und der resultierenden Gravitation maßgeblichen Einfluss hat.

Die größte Neigung der Rotationsachse besteht bei der Venus, sie beträgt 177,36°, der Planet steht quasi auf dem Kopf.

Die Neigung der Bahnebene und der Temperaturdifferenz sind bei dem Merkur am stärksten und er hat die geringste Masse.

 

AE - Astronomische Einheiten

Astronomische Einheiten - AE - werden noch immer als Längenmaß in der Astronomie verwendet. Die AE ist eine der wichtigsten Einheit unter den astronomischen Maßeinheiten.

Eine AE misst exakt 149 597 870 700 Meter, also 149,5978 Millionen km, und entspricht der mittleren Entfernung zwischen der Erde und der Sonne.

Historisch war die Astronomische Einheit von großer Bedeutung für die Astronomie, weil die meisten Entfernungsbestimmungen auf Grund der verwendeten Methoden das Ergebnis in AE und nicht in Metern ergaben.

Angaben in AE zeigen auch anschaulich, wieviel näher oder weiter ein Himmelskörper von der Sonne entfernt ist.

Zur Charakterisierung einer Ellipse, werden zwei Angaben benötigt, die Hauptachse und die Nebenachse, analog dazu die Radien.

In der Astronomie wird für Umlaufbahnen, die mehr oder weniger elliptisch sind, oft die Angabe „Große Halbachse“ (großer Radius) als Entfernung zur Sonne verwendet. Dies entspricht der weitesten Entfernung von der Sonne.
 

Darstellung Ellipse und Halbachse im Planetenweg in St. Aldegund

Darstellung von Ellipse und Halbachse
 

Auf den Tafeln zu unserem Planetenweg geben wir den Abstand zur Sonne an, diese Entfernung entspricht der “Großen Halbachse”.
 

Darstellung der Entfernungen der Planeten in AE im Planetenweg in St. Aldegund

Darstellung der maßstäblichen Entfernungen der Umlaufbahnen der Planeten um die Sonne, die Richtung ist zufällig.

 

Orbitalgeschwindigkeit, Bahngeschwindigkeit

 

Darstellung von Umlaufbahn - Orbit / Zeit / Geschwindigkeit / Abstand AE im Planetenweg in St. Aldegund

Umlaufbahn - Orbit / Zeit / Geschwindigkeit / Abstand AE
 

In der Astronomie und der Himmelsmechanik wird die Geschwindigkeit, mit der sich ein astronomisches Objekt auf einer elliptischen bis kreisrunden Bahn bewegt, als Orbitalgeschwindigkeit oder Bahngeschwindigkeit bezeichnet.

Diese Geschwindigkeiten sind keine Konstanten sondern meist Mittelwerte weil sich bei nicht kreisrunden Bahnen die Abstände zwischen dem umlaufenden Objekt zum umrundeten Objekt, dem Bezugspunkt, verändern.

Grob gesagt bedeutet das: Je kürzer der Abstand zwischen dem umlaufenden Objekt zum umrundeten Objekt ist, umso schneller muss sich das umlaufende Objekt in seiner Bahn bewegen um die Gravitation, das Heißt die Anziehungskraft, des umrundeten Objektes, dem Bezugspunkt, auszugleichen.

Aus diesem Grund nimmt die Orbitalgeschwindigkeit der acht Planeten mit größer werdendem Abstand zur Sonne ab.

Darüber hinaus haben weitere astronomische Objekte, auch außerhalb der Umlaufbahn eines Himmelskörpers, einen Einfluss auf die Umlaufgeschwindigkeit und die Form der Bahn. (Link auf ein Thema innerhalb dieser Seiten siehe auch Gravitation)

Im Planetenweg geben wir für jeden der acht Planeten die mittlere Orbitalgeschwindigkeit an.

Orbit (englisch “orbit” und lateinisch “orbita” für “Kreisbahn”) ist die Bahn eines astronomischen Objektes um einen Himmelskörper (Bezugspunkt).

 

Umlaufzeit

 

Link auf ein Thema innerhalb dieser Seiten Darstellung von Umlaufbahn - Orbit, Umlaufzeit, Umlaufgeschwindigkeit und Abstand in AE"

 

Mit Umlaufzeit wird die Zeit bezeichnet, in der ein Körper auf seiner Bahn eine vollständige Umrundung seines Bezugspunktes ( 360° ) ausführt. Diese Umrundung ist unabhängig von seiner Rotationsperiode, die zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollendet sein muss.

Der Umlauf eines Himmelskörpers wird in der Astronomie als siderische Umlaufzeit (von lateinisch “sidus” der “Stern”) bezeichnet ≙ Stern-Jahr. Also die Zeit, in der ein Himmelskörper seinen Orbit einmal durchlaufen hat.

Im Planetenweg wird die siderische Umlaufzeit angegeben und die Sonne als Bezugspunkt verwendet.

Die Erde benötigt für die siderische Umlaufzeit um die Sonne etwa 6 Stunden länger als ein Jahr. (Link auf ein Thema innerhalb dieser Seiten siehe auch Schaltjahr)

 

Umlaufbahn Orbit

 

Link auf ein Thema innerhalb dieser Seiten Darstellung von Umlaufbahn - Orbit, Umlaufzeit, Umlaufgeschwindigkeit und Abstand in AE"

 

Als Umlaufbahn oder Orbit wird in der Astronomie die Bahnkurve bezeichnet, auf der sich ein Objekt aufgrund der Gravitation “im freien Fall” periodisch um ein anderes Objekt, den Zentralkörper, bewegt.

Orbit (englisch “orbit” und lateinisch “orbita” für “Kreisbahn”) ist die Bahn eines astronomischen Objektes um einen Himmelskörper.

Die Umlaufbahnen der acht Planeten sind mehr oder weniger elliptisch und nicht alle Bahnen verlaufen zentrisch um die Sonne.

In der Darstellung der Umlaufbahnen der vier Gesteinsplaneten um die Sonne ist zu erkennen, dass der Merkur und der Mars keine zentrische Umlaufbahn um die Sonne haben. in der Darstellung sind nur die Umlaufbahnen der Planeten maßstäblich.
Die Anordnung und Größe der vier Planeten ist zufällig.

In einer Umlaufbahn heben sich im lokalen, mitbewegten Koordinatensystem die Gravitationskraft und die Zentrifugalkraft gegenseitig auf.

An Bord eines Raumfahrzeuges oder der Internationalen Raumstation (ISS), die sich in einer Umlaufbahn befinden, herrscht daher Schwerelosigkeit.

 

Darstellung der Umlaufbahnen der vier Gesteinsplaneten im Planetenweg in St. Aldegund

Darstellung der Umlaufbahnen der vier Gesteinsplaneten
 

 

Rotationsperiode

Darstellung der Zeit- Differenz zwischen Sonnentag und siderischem Tag im Planetenweg in St. Aldegund

Darstellung der Differenz zwischen Sonnentag und siderischem Tag (Rotationsperiode) eines Planeten.
 

Die Rotationsperiode ist die Zeit, die ein Körper benötigt um eine Drehung um 360° auszuführen.

Die Umdrehung eines Himmelskörpers um seine Achse wird als siderische Rotationsperiode (von lateinisch “sidus” für “Stern”) bezeichnet ≙ Stern-Tag.

Im Planetenweg wird für die Planeten die siderische Rotationsperiode angegeben, also die 360° -Rotation.

Für die Erde bedeutet dies, dass ein Sonnen-Tag etwa 4 Minuten länger dauert als ihre siderische Rotationsperiode.

Rechnerisch muss sich die Erde für einen Sonnen-Tag um etwa 360,986° drehen, damit derselbe Punkt auf der Erde wieder genau zur Sonne ausgerichtet ist. Dies entspricht unserem 24 -Stunden Tag (synodischen Periode).

Die willkürlich eingeführte Sommerzeit und Normalzeit (umgangssprachlich: Winterzeit) hat keinen Einfluss auf die Erdrotation!

Die Stunde, die uns scheinbar bei der Umstellung von Sommerzeit auf Normalzeit geschenkt wird, geht bei der Umstellung zur Sommerzeit wieder verloren.

Der vermutete wirtschaftliche Nutzen der zweimaligen Umstellung in einem Jahr von der Sommer zur Normalzeit und zurück ist seit ca. einem Jahrhundert umstritten.

Diese Erkenntnis ist bereits seit der ersten Zeit Umstellung von 1916 bis 1919 bekannt. Allerdings wurde die Zeitumstellung immer wieder in länger werdenden Intervallen angewendet und mit immer neuen Argumenten begründet.

 

Rotationsachse

Darstellung der Rotationsachsen der Planeten Merkur, Uranus und Venus im Planetenweg in St. Aldegund

Darstellung der Rotationsachsen der Planeten
Merkur, Uranus und Venus
 

Die Rotationsachse oder Drehachse ist eine Gerade, um die sich ein Körper unabhängig von der Drehrichtung drehen kann.

Räder zum Beispiel haben eine Achse, die sich idealerweise im Mittelpunkt des Radumfanges befindet. Ein ideales Rad kann sich dann zentrisch um seine Achse drehen. Wenn die Achse nicht im Zentrum ist, ergibt sich eine konzentrische Umdrehung, vereinfacht gesagt, das Rad “eiert”.

Die Rotationsachse ist nicht an eine bestimmte Form eines Körpers gebunden.

Viele Himmelskörper wie zum Beispiel Planeten haben Rotationsachsen um die sie sich mehr oder weniger schnell drehen (siehe Rotationsperiode).

Im Planetenweg wird die Neigung der Rotationsachsen der acht Planeten angegeben.

Sie reicht von 0° 0’ 36” beim Merkur über 97° 46’ 12” beim Uranus, der sich durch diese Neigung quasi durch die Bahnebene wälzt, bis zu 177° 21’ 36“ bei der Venus, die durch diese Neigung quasi auf dem Kopf steht und sich retrograd dreht.

 

Erdrotation

 

Erdrotation, zeitgerafft

Erdrotation, zeitgerafft
(Bildnachweis: Von Marvel - Based upon a NASA image, see., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20654992)

 

Die Drehbewegung der Erde um ihre Achse nennt man Erdrotation und die Rotationsachse wird als Erdachse bezeichnet.

Die Erde dreht sich nach Osten, dies kann durch Orientierung mit einem Kompass bei Sonnenaufgang leicht überprüft werden. Die Sonne wird im Osten als aufgehend und im Westen als untergehend wahrgenommen.

Die Verlängerung der Erdachse zeigt im Norden fast genau auf einen Stern des Nordhimmels, den Polarstern (Polaris) im Sternbild des “Kleinen Bären”, lateinisch Ursa Minor‚ kleinere Bärin‘ (Himmelsnordpol). Der charakteristische Sternenzug wird im deutschsprachigen Raum auch Kleiner Wagen genannt.

Vom Polarstern aus betrachtet dreht sich die Erde entgegen dem Uhrzeigersinn.
(Rechte Hand Regel / Schraubenregel - Rechtsgewinde / Korkenzieherregel).
 

Darstellung der rechte Hand Regel, Schraubenregel, Korkenzieherregel im Planetenweg in St. Aldegund

 

Gravitation, Massenanziehung

Versuch einer Erklärung einer physikalischen Wirkung, die schon in der Antike beobachtet wurde.

Sie ist eine der vier Grundkräfte der Physik. Sie stellt sich in der gegenseitigen Anziehung von Massen dar und nimmt mit zunehmender Entfernung zwischen den Massen ab. Sie besitzt aber unbegrenzte Reichweite.

Auf der Erde bewirkt die Gravitation, dass alle Körper in Richtung Erdmittelpunkt ”fallen“, sofern keine anderen Kräfte entgegenwirken.

Im Gegensatz zu elektrischen oder magnetischen Kräften lässt sich die Gravitation nicht abschirmen.

Die Größe und Masse eines Himmelskörpers hat Auswirkungen auf die Gravitationskräfte.

Gravitation und Umlaufgeschwindigkeiten stehen in einer Wechselbeziehung. Einfach ausgedrückt, je größer die Gravitation des Zentralkörpers (Sonne) ist, umso höher muss die Umlaufgeschwindigkeit eines astronomischen Objektes sein, damit der Abstand zwischen den Himmelskörpern erhalten bleibt (und sich Gravitation und Zentrifugalkraft gegenseitig aufheben).

Bei abnehmender Umlaufgeschwindigkeit würde die Gravitation den Himmelskörper auf den umrundeten Himmelskörper ziehen und dadurch eine Kollision verursachen.

Umgekehrt würde bei ansteigender Umlaufgeschwindigkeit eine Flucht des Himmelskörpers aus seiner Umlaufbahn erfolgen.
 

Darstellung der Einflüsse von Masse, Gravitation, Umlaufgeschwindigkeit und Zentrifugalkraft im Planetenweg in St. Aldegund.

Darstellung der Einflüsse von Masse, Gravitation, Umlaufgeschwindigkeit und Zentrifugalkraft.
 

Mit diesem Thema haben sich schon Generationen von Wissenschaftlern beschäftig und keine einfache Erklärung entwickeln können.

 

Dichte - Massendichte

Die Dichte ist der Quotient aus der Masse m eines Körpers und seinem Volumen V. Sie wird durch das Material des Körpers bestimmt und ist von seiner Form und Größe unabhängig. Bei der Dichte steht also die Masse im Verhältnis zum Volumen. Die Dichte eines Stoffes hängt auch von der Temperatur und vom umgebenden Druck ab.

Vereinfacht gesagt; ein leichter Vollkörper hat bei gleichen Abmessungen eine geringere Masse als ein schwererer Vollkörper.

Die Dichte wird in Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm3) oder auch in Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m3) angegeben.

Im Planetenweg haben wir die Dichte in g/cm3 angegeben.

Die Dichte eines festen Körpers kann durch Auftrieb in einer Flüssigkeit berechnet werden. Ein Vollkörper der auf Wasser schwimmt hat demnach eine geringere Dichte als Wasser und ein Vollkörper, der untertaucht, eine höhere Dichte.

Saturn zum Beispiel hat die geringste Dichte der acht Planeten (0,687 g/cm3) und würde im Wasser schwimmen.
Zum Vergleich die Dichte von Wasser ∼1,0 g/cm3.

 

Masse

Masse ist eine Eigenschaft der Materie und ist in den meisten physikalischen Größensystemen eine der Basisgrößen.
Gemäß dem internationalen Einheitensystem wird die Masse in der Einheit Kilogramm angegeben.

Jedes physikalische System hat eine Masse und diese ist nicht von der Bewegung gegenüber einem Bezugssystem abhängig.

Wenn die Masse eines in Bewegung befindlichen Systems nicht null ist, sind die beiden mit der Bewegung verbundenen Erhaltungsgrößen, Impuls und kinetische Energie, zu seiner Masse proportional.

Die auf einen Körper wirkenden und die von ihm hervorgerufenen Gravitationskräfte sind proportional zu seiner Masse.

Die Trägheit, mit welcher der Bewegungszustand des Körpers auf Kräfte reagiert wird durch die Masse bestimmt. Vereinfacht ausgedrückt: Je größer die Masse, desto träger eine Bewegungsänderung (Physik / Dynamik).

Umgangssprachlich wird die Masse auch als “Gewicht” bezeichnet.

 

Magnetismus und Magnetosphäre

 

Darstellung der magnetischen Feldlinien im Planetenweg in St. Aldegund.

Verlauf von magnetischen Feldlinien.
 

Magnetismus

Der Magnetismus ist ein physikalisches Phänomen, er erzeugt eine Kraft die zwischen Magneten selbst oder einem Magneten und einem magnetisierbaren Gegenstand wirkt.

Der Einfluss der Magnetkraft erfolgt über ein Magnetfeld, das entweder von Objekten erzeugt wird oder auf sie wirkt. Magnetische Kräfte können von “Permanentmagneten” ausgehen oder entstehen z. B. in Stromdurchflossenen elektrischen Leitern, den “Elektromagneten”.

Magnetfelder entstehen zum einen bei jeder Bewegung von elektrischen Ladungen in einem Leiter (Beispiel Elektromotor). Umgekehrt entstehen elektrische Ladungen in einem Leiter durch bewegte Magnetfelder (Beispiel Dynamo).

Zudem existiert das magnetische Moment von Elementarteilchen als Folge ihres Spins, was zu Dauermagneten und anderen magnetischen Eigenschaften von festen Körpern, aber auch von Flüssigkeiten und Gasen führt (Beispiel: Anwendung der Kernspintomographie in der medizinischen Diagnostik).

Die Wirkung magnetischer Kräfte lässt sich leicht experimentell demonstrieren.

 

Magnetosphäre

Das Raumgebiet um ein astronomisches Objekt, in dem das Magnetfeld des Objekts dominiert, wird als Magnetosphäre bezeichnet. Die innere Begrenzung zur neutralen Atmosphäre bildet die Ionosphäre. Ihre scharfe äußere Begrenzung wird Magnetopause genannt.

Die Magnetosphäre der Erde wird durch den Sonnenwind auf der sonnenzugewandten Seite auf zirka zehn Erdradien (etwa 60.000 km) zusammengestaucht und auf der Gegenseite (Nachtseite) zu einem Schweif von zirka hundert Erdradien (600.000 km) auseinandergezogen.

 

Sonnenwind und Polarlichter

Sonnenwind

Der Sonnenwind ist ein Strom geladener Teilchen und besteht hauptsächlich aus ionisiertem Wasserstoff (Protonen und Elektronen), nichtionisierte (elektrisch neutrale) Atome sind kaum enthalten. Die Teilchen des Sonnenwindes strömen ständig von der Sonne in alle Richtungen aus.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist variabel. Ihre Dichte nimmt mit dem Quadrat der Entfernung von der Sonne ab. In Erdbahnnähe haben die Teilchen Geschwindigkeiten von etwa 300 bis 750 km/s bei einer Dichte von ungefähr 5 x 106 Teilchen pro Kubikmeter und Temperaturen von etwa 8 x 105 K.
Die Erde erreichen die Teilchen des Sonnenwindes frühestens nach 5 und längstens nach 20 Tagen.

Für die Existenz des Sonnenwinds liefern die Kometen deutlich sichtbare Anzeichen.
Durch den Sonnenwind wird etwas Substanz aus der Koma (Hülle) eines Kometen gerissen und der dabei entstehende bläulich leuchtende Gasschweif zeigt immer in gerader Linie von der Sonne weg, unabhängig von der Bewegungsrichtung des Kometen.

Starke Sonnenwinde können Einfluss auf die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen nehmen und z. B. den Kurzwellenfunk stören.

Auswirkungen der Sonnenwinde auf die Elektrotechnik sind seit etwa 1850 bekannt. Sie führten zu Störungen in der Telegraphie und bei der Radiokommunikation. Es ist nicht ausgeschlossen, dass besonders heftige Sonnenwinde Computersysteme stören können.

Die Existenz des Sonnenwinds konnte 1959 durch die sowjetische Lunik 1 und 1962 durch die amerikanische Raumsonde Mariner 2 auf ihrem Weg zur Venus experimentell bestätigt werden.
 

Polarlichter

Polarlichter entstehen, wenn Anteile der elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwindes durch die Magnetosphäre der Erde hindurch auf Sauerstoff- und Stickstoffatome in den oberen Schichten der Erdatmosphäre treffen, die Sauerstoff- und Stickstoffatome werden dadurch ionisiert.

Die Bewegung elektrischer Ladungen emittiert elektromagnetische Strahlung, ein Fluoreszenzlicht wird ausgestrahlt welches wir als Polarlicht überwiegend im Bereich der Polkappen beobachten können.
 

Polarlicht / Nordlicht Aurora Borealis auf den Lofoten

Polarlicht / Nordlicht Aurora Borealis - Lofoten
(Bildnachweis: manolofranco/pixabay)

 

Licht - Lichtgeschwindigkeit

Licht

Das Licht ist eine elektromagnetische Strahlung die vom menschlichen Auge in einem bestimmten Farbspektrum (Wellenlänge) wahrgenommen wird.

Elektromagnetische Wellen mit kürzerer Wellenlänge (Ultraviolett) und längerer Wellenlänge (Infrarot) gehören dazu, auch wenn sie für das menschliche Auge nicht sichtbar sind.

Lichtgeschwindigkeit

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht im Vakuum beträgt 299 792 458 m/s und ist eine fundamentale Naturkonstante.

Außer Licht breiten sich auch alle anderen elektromagnetischen Wellen mit dieser Geschwindigkeit im Vakuum aus. In materiellen Medien ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht meist geringer.

Auf den Tafeln zum Planetenweg ist die Zeit angegeben, die das Sonnenlicht benötigt um den jeweiligen Planeten zu erreichen. Beispiel für die mittlere Entfernung der Erde: Das Sonnenlicht benötigt für eine AE (149,589 Mio km) 8 min und 19 s ≙ 49 s.

Glasfaserkabel werden gerne für die schnelle Übertragung großer Datenmengen mit Hilfe von Licht für leitungsgebundene Kommunikation genutzt. Dagegen werden elektromagnetische Wellen je nach Frequenz in Kupferkabeln in ihrer Ausbreitung deutlich stärker gedämpft (gehemmt). In Luft unterliegen elektromagnetische Wellen je nach Frequenz wieder anderen, physikalischen Dämpfungen.
 

Übersicht mit sichtbarem Lichtspektrum im Planetenweg in St. Aldegund.

Übersicht mit sichtbarem Lichtspektrum.
(Bildnachweis: Von Horst Frank / Phrood / Anony - Horst Frank, Jailbird and Phrood, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3726606)

 

 

Temperaturangaben in Celsius und Kelvin

Die Temperaturen, die auf den Planeten herrschen haben wir im Planetenweg in Grad-Celsius (°C) und Kelvin (K) eingetragen. Diese beiden Temperaturskalen unterscheiden sich nur in dem Startpunkt. In den beiden Einheiten Kelvin und Grad Celsius ist der Zahlenwert einer Temperaturdifferenz gleich: 1°C ≙ 1 K.

Für Kelvin, eine gesetzliche Temperatureinheit, beginnt die Skala mit dem absoluten Nullpunkt = 0 K und steigt dann in Schritten von 1 K.

In vielen europäischen Ländern (z.B. in Deutschland) gilt auch das Grad Celsius als gesetzliche Einheit für die Angabe von Temperaturen.

Die Angabe 0 K entspricht -273,15° C, dem absoluten Nullpunkt. Die Angabe 0° C entspricht demnach 273,15 K und steht für den Schmelzpunkt von Wasser.

In den Angaben der Temperatur in Grad-Celsius müssen daher auch die Vorzeichen + wie - Grade angegeben werden.

Temperaturangaben können in verschiedenen Einheiten, wie zum Beispiel °F Fahrenheit ausgedrückt werden, wie sie in den angloamerikanischen Ländern üblich sind.
 

Tabelle mit verschiedenen Temperatur Maßeinheiten im Planetenweg in St. Aldegund.

Tabelle mit verschiedenen Maßeinheiten.
 

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Aggregatzustände

Aggregatzustände sind die unterschiedlichen Zustände eines Stoffes welche sich durch bloße Änderungen von Temperatur oder Druck ineinander umwandeln.

Die drei klassischen Aggregatzustände sind fest, flüssig und gasförmig. In der Physik werden weitere, nicht klassische Aggregatzustände, wie z. B. das Plasma beschrieben.

Wasser ist unter normalem Druck, 1 bar ≙ 100 kPa, bei Temperaturen unter 273,15 K (0° C) in einem festen Aggregatzustand und bis zu 373,15 K (100° C) in einem flüssigen Aggregatzustand darüber hinaus geht es in den gasförmigen Aggregatzustand über.

• Im festen Zustand behält ein Stoff annähernd seine Form als auch sein Volumen (siehe Eisbrocken).

• Im flüssigen Zustand bleibt das Volumen annähernd gleich, die Form passt sich jedoch an den umgebenden Raum an (siehe Gefäß mit Wasser).

• Im gasförmigen Zustand sind Volumen und Form unbeständig. Ein Gas füllt den verfügbaren Raum, wenn auch nicht homogen, aus (siehe aufsteigender Wasserdampf).

 

Zeitzonen auf der Erde

Durch die Rotation der Erde ergeben sich auf ihrem Umfang unterschiedliche Zeitzonen. Diese sind in 15° Segmente (Längengrade) aufgeteilt. Jedes Segment hat einen Zeitversatz von einer Stunde, wodurch sich 24 Stunden x 15° Länge ≙ 360° ergeben.

Weil Ländergrenzen und Territorien nicht immer in diese Segmente hineinpassen ergeben sich Verschiebungen der Zeitzonen von einer viertel- bis zu einer halben- Stunde. Aktuell gibt es daher 38 Zeitzonen auf der Erde.

Die Datumsgrenze verläuft vom Nord- zum Südpol durch den Pazifik. Die Erde ist durch die Datumsgrenze und den Nullmeridian in zwei gegenüberliegende Zeitzonen UTC+12 bis UTC-12 aufgeteilt, wobei der Nullmeridian in London durch den Stadtteil Greenwich verläuft.

Die heute weltweit gültige Zeitskala, die für Luft- und Seefahrt, die Technik, die Wissenschaft und in der Meterorologie verwendet wird ist UTC englisch “ Universal Time Coordinated” . Die UTC enthält als vollständige Zeitangabe Uhrzeit und Kalenderdatum.

Die Bezeichnung GMT wird heute nur noch in Großbritannien und Westafrika offiziell für die Zeitzone UTC 0 verwendet. Sie war von 1884 bis 1928 Weltzeit und wurde 1972 von der Koordinierten Weltzeit (UTC) abgelöst.

Die MEZ ist die Zeitzone, die sich auf den 15. Längengrad Ost bezieht. Sie wird in den Mitteleuropäischen Ländern von Polen bis Spanien und in Teilen Afrikas angewendet. Die Differenz zur UTC beträgt +1 Stunde ≙ UTC+1.

In einigen großen Ländern werden mehrere Zeitzonen angewendet (USA z. B. hat 6 Zeitzonen und Russland hat 10) Dagegen wird z. B. China nur eine Zeitzone angewendet obwohl das Land über vier Zeitzonen erstreckt.

siehe auch Link auf ein Thema innerhalb dieser Seiten Rotationsperiode / Sommerzeit / Normalzeit
 

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Karte mit den Zeitzonen und markiertem Nullmeridian im Planetenweg in St. Aldegund.

Karte mit den Zeitzonen und markiertem Nullmeridian.

 

Jahr - Schaltjahr

Das Jahr (lateinisch „annus“), Einheitenzeichen a, ist eine Zeitdauer, mit unterschiedlicher Länge! Eine verbindliche Norm für die Länge eines Jahres gibt es nicht.

Im Alltag versteht man unter dem Begriff „Jahr“ die jeweilige Zeit vom 1. Januar bis zum 31. Dezember.

Das bürgerliche Jahr oder Kalenderjahr dauert entweder 365 Tage (Gemeinjahr) oder 366 Tage (Schaltjahr).

Das siderische Jahr (Sternenjahr), hat jedoch eine Länge von 365,24219 Tagen. Diese Zeit benötigt die Erde für den Umlauf um die Sonne. Das bedeutet, dass die Umrundung der Sonne ca. 5 Stunden, 48 Minuten und 45 Sekunden länger dauert als unser Gemeinjahr Jahr.

Ohne „Korrektur“ dieser Zeit für den Umlauf um die Sonne würde sich etwa alle vier Jahre ein Versatz von einem Tag ergeben, in 80 Jahren (etwa ein Menschenleben) ≙ 20 Tage. In den 2000 Jahren unserer Zeitrechnung etwa 500 Tage, das ist mehr als ein Kalenderjahr.
Der Versatz würde dazu führen, dass die Frühjahres- Tagundnachtgleiche nicht auf den 21. März und die Herbst- Tagundnachtgleiche nicht auf den 23. September fallen würde. Das Betrifft genau so die Sommersonnenwende und die Wintersonnenwende.

Der bis 1582 übliche Julianische Kalender (römischer Kalender von Gaius Iulius Caesar) fügte alle vier Jahre einen Schalttag ein in dem der Februar 29 statt 28 Tage und das Jahr dadurch 366 statt 365 Tage hatte. Der daraus immer noch resultierende Fehler beträgt plus einen Tag in 128 Jahren.

In dem 1852 durch Papst Gregor XIII. eingeführte gregorianischen Kalender entfallen in 400 Jahren drei dieser Schalttage. Das Kalenderjahr ist daher im Durchschnitt dem die Jahreszeiten bestimmenden Sonnenjahr, siderisches Jahr, bis auf knapp eine halbe Minute besser angepasst.

Die gregorianische Schalttags Regelung besteht aus folgenden drei einzelnen Formeln:
• Jahreszahlen für Schaltjahre müssen durch 4 teilbar sein.
• Wenn die Jahreszahl auch durch 100 teilbar, ist es kein Schaltjahr, es sei denn ...
• ... die Jahreszahl ist auch durch 400 teilbar, dann ist es ein Schaltjahr.

 

Jahreszeiten

Mit Jahreszeiten bezeichnen wir auf der Erde in den gemäßigten Zonen der Nordhalbkugel die Abschnitte Frühjahr Sommer Herbst und Winter. Auf den gemäßigten Zonen der Südhalbkugel der Erde herrschen jeweils die entgegengesetzten Jahreszeiten. Wenn es auf der Südhalbkugel Sommer ist, so ist es auf der Nordhalbkugel Winter, und umgekehrt. Ebenso entgegengesetzt sind Frühjahr und Herbst.

In den tropischen Zonen auf beiden Seiten des Äquators sind die Jahreszeiten weniger ausgeprägt. Dort treten Regen- und Trockenzeiten auf.

Die unterschiedlichen klimatischen Bedingungen sind astronomisch bedingt. Bestimmend für die auf der Erde erlebbaren Jahreszeiten ist die verhältnismäßig feste Neigung der Rotationsachse der Erde, von 23° 26’ 24”, relativ zur Ebene der Umlaufbahn um die Sonne.

Von März bis September ist die Nordhalbkugel etwas mehr zur Sonne hin geneigt und von September bis März die Südhalbkugel.

Während eines Erdumlaufs um die Sonne, einem Jahr entsprechend, ändert sich der Einstrahlwinkel des Sonnenlichts auf eine geographische Region.

Wenn die Sonne länger und steiler auf die Oberfläche einer geographischen Region strahlt wird diese stärker erwärmt, als eine Region, die kürzer und flacher von der Sonne bestrahlt wird.

Durch die Rotation der Erde um sich selbst ändert sich während eines Jahres auch die Dauer des Tageslichts auf den Halbkugeln zu den Polkappen hin.

Meteorologischen Jahreszeiten sind einfach nach den Kalendermonaten eingeteilt, sie umfassen jeweils immer drei komplette Monate. Frühling: März – Mai, Sommer: Juni – August, Herbst: September – November, Winter: Dezember – Februar.

Astronomisch definierte Jahreszeiten Frühling und Herbst beginnen jeweils mit der Tag-und-Nacht-Gleiche. Dies sind die beiden Tage im Jahr, an denen Tag und Nacht gleich lange dauern. Dies sind der 20. März und der 23. September jeweils mit einer maximalen Abweichung von ± einem Tag im Zeitraum zwischen 1900 und 2100.
 

Jahreszeiten im Planetenweg in St. Aldegund.

Jahreszeiten auf der Nordhalbkugel.

 

 

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