Informationsblatt 20: Die Drehung der Erde um ihre eigene Achse
| Publikation: | 26.3.2009 |
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Aus den Lehrplänen
Lernstufe 3:
Himmel und Erde
- Die Drehung der Erde um ihre eigene Achse und die Folgen
- Zeitmessungen; Einheiten der Zeit
Erschwernisse durch den gängigen Sprachgebrauch
Manche Texte erklären, die Erde rotiere "von Westen nach Osten". Eine solche Ausdrucksweise legt den Gedanken nahe, dass die Himmelsrichtungen auch für Positionen im Weltraum maßgeblich seien. Sie sind aber ausschließlich irdische Orientierungshilfen und nur für Ortsveränderungen auf der Erde maßgeblich.
Das Wort Stunde wird gelegentlich (literarisch) zur Bezeichnung eines Zeitmoments verwendet ("um die achte Stunde", "Morgenstund’ hat Gold im Mund"), während gewöhnlich eine Zeitspanne (1/24 eines Tages) damit bezeichnet wird.
Erschwernisse aufgrund von vorgefassten Meinungen der Schüler
Manche Schüler stellen sich die Welt im geozentrischem Modell vor: Die Erde ruht und jeden Tag drehen sich die Sonne und auch der Sternenhimmel einmal um sie herum.
Andere, die dieses Modell früher schon infrage stellen konnten, erklären den Wechsel von Tag und Nacht dadurch, dass die Erde "sich um die Sonne dreht" (statt: "sich um sich selbst dreht").
Viele Schüler meinen, dass die Jahreszeiten dadurch zustande kommen, dass der Abstand der Erde von der Sonne sich im Lauf des Jahres verändere (eine Erklärung, die mit der Umkehr der Jahreszeiten zwischen Nord- und Südhalbkugel nicht zu vereinbaren ist). Die richtige Erklärung beruht auf der Neigung der Erdachse in Bezug auf die Ebene der Erdbahn um die Sonne (die Rotationsachse der Erde steht nicht senkrecht auf dieser Ebene).
Ein paar Klippen, an denen Beobachtung und Experiment scheitern könnten
Beim Bau oder Verwenden eines Modells des Sonne-Erde-Systems ist unbedingt darauf hinzuweisen, dass die Proportionen nicht die wahren sein können.
Auch sollte die fast nicht zu vermeidende Verwendung einer gerichteten Lichtquelle (Projektor, Strahler, ...) zur Darstellung der Sonne nicht dazu führen, dass die Schüler vergessen, dass die Sonne in alle Richtungen strahlt.
Kenntnisse
Der Wechsel von Tag und Nacht an einem gegebenen Ort auf der Erde
bedeutet, dass sich dieser Ort nacheinander in dem von der Sonne
beleuchteten Bereich der Erde und dann wieder in dem im Erdschatten
liegenden Bereich befindet.
Für einen ihr zugewandten Beobachter vollzieht sich der scheinbare
Gang der Sonne von links nach rechts. Die Drehung der Erde um sich
selbst vollzieht sich also von rechts nach links, das heißt gegen
den Uhrzeigersinn, wenn man sie von einem Punkt über dem Nordpol
aus dem Weltraum betrachtet, wie aus der folgenden vereinfachten
Darstellung zu entnehmen ist.
Abb. 1: Die unterschiedlichen Tageszeiten auf der Erde
Es kann nützlich sein, sich auf die Wissenschaftsgeschichte zu
besinnen: Der Übergang von einer Vorstellung, in der die Erde das
Zentrum der Welt ist, zum kopernikanischen Modell (das die Sonne
in den Mittelpunkt stellt und bessere Erklärungsmöglichkeiten bietet);
die Rolle Galileo Galileis in einer Entwicklung, die dazu geführt hat,
dass man den täglichen Lauf der Sonne als scheinbaren interpretiert.
Mit den in der Schule zur Verfügung stehenden Mitteln lässt sich
weder durch Beobachtung noch mit einem Experiment beweisen, dass
sich die Erde um sich selbst dreht. Trotzdem müssen sich die
Schüler am Ende der Grundschulzeit über den Sachverhalt im
Klaren sein. Der Lehrer muss sie darauf hinweisen (entweder
direkt oder über den Umweg von Sachbüchern und/oder anderen
Lernmaterialien).
Dauer der Drehung der Erde um sich selbst
Die Bewegung der Sonne, die man am Himmel beobachtet, erklärt sich daraus, dass die Erde sich um sich selbst, um die von Pol zu Pol verlaufende Erdachse dreht (Rotation). In Bezug auf die Sonne geschieht diese Drehung in einem Tag. Wenn man sich auf die Sterne und nicht auf die Sonne bezieht, dreht sich die Erde um sich selbst in etwas weniger als einem Tag (in etwa 23 Stunden und 56 Minuten). Das kommt daher, dass sich die Erde während ihres Umlaufs um die Sonne jeden Tag etwas weiter bewegt.
Die Zeitzonen
Die Zeitzonen hat man sich ausgedacht, um die gültige Uhrzeit bestimmen zu können: An einem gegebenen Ort soll der "Mittag" der Uhren in etwa mit dem Kulminationszeitpunkt der Sonne zusammenfallen. Außerdem sollte die Uhrzeitbestimmung überall auf gleichen Prinzipien beruhen, so dass weltweit jeder wissen kann, wie viel Uhr es an einem anderen Ort ist.
Die Erde wird also in 24 fiktive Zeitzonen unterteilt. Die Grenze zwischen zwei Zeitzonen folgt einem Längengrad (Meridian). Beim Übergang von einer Zeitzone zur nächsten nimmt die Uhrzeit nach Osten hin um eine Stunde zu und nach Westen hin um eine Stunde ab [1]. Darüber hinaus legt sich ein Land nach Belieben für eine ganze Region oder fürs ganze Land – falls es nicht zu groß ist – auf eine gleiche Uhrzeit fest (gesetzliche Sommerzeit, Winterzeit). Deshalb können zwei Orte, die in der gleichen Zeitzone, aber in verschiedenen Ländern liegen, unterschiedliche gesetzliche Uhrzeiten haben.
Die Datumsgrenze
Wie die Uhrzeit, so kann auch das Datum nicht zur gleichen Zeit auf der ganzen Erde das gleiche sein. An einem gegebenen Ort, zum Beispiel in Frankreich, ändert sich das Datum um Mitternacht (24 Uhr des Tages T ist 0 Uhr des Tages T+1). Zu diesem Zeitpunkt (Abb. 1) ist es bereits 1 Uhr morgens am Tag T+1 in Warschau und erst 23 Uhr am Tag T in Dakar. Wenn man diese Überlegung zu den Zeitzonen nach Osten hin weiterführt und anschließend nach Westen, findet man, dass es in Neuseeland schon 11 Uhr am Tag T+1 ist und erst 13 Uhr am Tag T in Hawaii. Folglich ist es nicht zu vermeiden, dass irgendwo auf der Erde in benachbarten Regionen das Datum nicht das gleiche ist.
Man ist international übereingekommen, eine fiktive Grenzlinie zu ziehen, genannt die "Datumsgrenze", die vom Nordpol zum Südpol durch den Pazifik, also durch unbewohnte Gebiete verläuft. Damit kann sich das Datum auf zweierlei Weise ändern: einerseits, wenn man "zu Hause" bleibt und bis Mitternacht wartet; andererseits, wenn man die Datumsgrenze überschreitet. In letzterem Fall verringert sich das Datum um einen Tag, wenn man die Grenze ostwärts passiert und erhöht sich um einen Tag, wenn man sich nach Westen bewegt (siehe "In 80 Tagen um die Welt" von Jules Verne oder "Die Insel des vorigen Tages" von Umberto Eco).
Abb. 2: Die Unterschiedlichen Uhrzeiten auf der Erde
Sonnenzeit und gesetzliche Zeit
Eine Sonnenuhr zeigt die sogenannte "wahre Sonnenzeit" an. Zur gesetzlichen Zeit, die unsere Uhren (hierzulande) anzeigen, kommt man nach unterschiedlichen Korrekturen.
- a) Durch Hinzufügen von einer (Winterzeit) oder zwei Stunden (Sommerzeit).
- b) Durch Berücksichtigung der Differenz in der geografischen Länge zwischen dem Ort der Sonnenuhr und dem Nullmeridian von Greenwich.
- c) Durch eine dritte Korrektur, die man aus speziellen Tabellen oder Kurven entnehmen kann, und die den regelmäßigen Veränderungen des scheinbaren Sonnenlaufs Rechnung trägt.
Der Übergang von der Sonnenzeit zur gesetzlichen Zeit ist also eine komplexe Angelegenheit, die sich nicht, wie vielfach angenommen wird, auf das Addieren von einer (Winterzeit) oder zwei Stunden (Sommerzeit) reduzieren lässt. Man darf nicht erwarten, um 13 Uhr (Winterzeit) oder um 14 Uhr (Sommerzeit) am Gnomon den kürzesten Schatten zu beobachten. Aber es ist richtig, wenn der Schatten am kürzesten ist, von "Mittag nach Sonnenzeit" zu sprechen.
Fußnoten
1: Es gibt ein paar seltene Ausnahmen: In manchen Ländern beträgt die Zeitverschiebung zu den Nachbarländern eine halbe Stunde.
Letzte Aktualisierung: 29.11.2023
