Sollte jemand es aus Versehen verpasst haben, Silvester zu feiern: Keine Angst! Heute Nacht gibt es noch einen Grund für eine Party. Am 5. Januar 2012 um circa 2 Uhr morgens erreicht die Erde ihr jährliches Perihel. Also den sonnennächsten Punkt ihrer Bahn.

Wie, der sonnennächste Punkt mitten im Winter? Ja genau. Denn der Abstand zwischen Erde und Sonne hat nichts mit den Jahreszeiten zu tun. Das merkt man ja auch daran, dass auf der Südhalbkugel derzeit Hochsommer herrscht. Die Bahn der Erde ist fast exakt kreisförmig. Es macht keinen wirklich großen Unterschied, ob sie sich im sonnennächsten oder sonnenfernsten Punkt befindet.

Heute Nacht wird die Erde 147098291 Kilometer von der Sonne entfernt sein. Am 5 Juli, wenn sie im Aphel steht, also dem sonnenfernsten Punkt, sind es 152098233 Kilometer. Ok, das sind fast 5 Millionen Kilometer Unterschied. Im Vergleich zu den 150 Millionen Kilometer, die die Erde im Durchschnitt von der Sonne entfernt ist, spielen diese 5 Millionen Kilometer aber keine große Rolle. Im Blog des Solar Dynamics Observatory (SDO) hat man das auch grafisch schön dargestellt:

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Links sehen wir die Sonne, wie sie von SDO am 5 Juli 2011 (da war sie das letzte Mal beim sonnenfernsten Punkt) gesehen hat. Die rechte Aufnahme stammt vom 3. Januar 2012 – also kurz vor dem kommenden Perihel. Der Unterschied ist nicht wirklich gewaltig groß – beachtet die blauen Linien oben und unten.

Das wir unser Perihel im (Nordhalbkugel)Winter feiern, ist Zufall. Auf langen Zeitskalen betrachtet verändert sich der Termin von Perihel bzw. Aphel. Man bezeichnet das als als “Apsidendrehung”. Das bedeutet, dass die Apsidenlinie, also die Linie die Perihel und Aphel verbindet, sich im Laufe der Zeit dreht. Das sieht dann z.B. so aus:

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Der Effekt ist hier nur schematisch und übertrieben dargstellt. So stark ist die Apsidendrehung bei keinem Planeten in unserem Sonnensystem ausgeprägt. Aber man erkennt schön, wie sich der Punkt des Perihels (blau) um die Sonne bewegt. So eine Perihelbewegung war bei einer der größten wissenschaftlichen Entdeckungen des letzten Jahrhunderts beteiligt. Bei Merkur konnte man mit dem Newtonschen Gravitationsgesetz die Periheldrehung einfach nicht korrekt beschreiben. Sein Perihel drehte sich schneller, als es laut Gravitationsgesetz zu erwarten war. Angeregt durch die grandiose Entdeckung des Planeten Neptun, dem man durch Abweichungen in der Bewegung des Uranus auf die Spur kam, vermuteten die Wissenschaftler in der zweiten Hälte des 19. Jahrhunderts, dass auch innerhalb der Merkurbahn noch ein unbekannter Planet stecken könnte. Der wurde provisorisch Vulkan getauft und unter Führung des großen Urbain Le Verrier der schon bei Neptun triumphierte, machte man sich auf, Vulkan zu finden. Das war knifflig, denn so nahe an der Sonne lässt sich schlecht beobachten. Man kann auch nicht warten, bis die Sonne untergegangen ist. Da Vulkan sich immer in der Nähe der Sonne befinden musste, wäre er mit ihr untergegangen. Daher versuchte man einerseits, einen Transit von Vulkan zu beobachten. Man wollte also sehen, wie der Planet von der Erde aus gesehen vor der Sonnenscheibe vorüber zog. Einer, der sich auf genau diese Suche machte, war übrigens Samuel Heinrich Schwabe. Vulkan fand er nicht, dafür entdeckte er bei seiner kontinuierlichen Sonnenbeobachtung aber den 11jährigen Sonnenfleckenzyklus. Neben den Transitbeobachtungen nutzte man auch Sonnenfinsternisse, um Vulkan zu finden. Aber auch hier blieben die Astronomen erfolglos. Erst 1915 konnte das Rätsel gelöst werden. Kein unbekannter Planet verursachte die zu schnelle Periheldrehung des Merkur. Man verwendete die falsche Formel, um die auf ihn wirkende Gravitationskraft zu berechnen! Erst als Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie konnte die Periheldrehung korrekt berechnen, alle Abweichungen zwischen Theorie und Beobachtung verschwanden. (Die ganze Geschichte der Suche nach Vulkan kann man übrigens im hervorragenden Buch “In Search of Planet Vulcan: The Ghost in Newton’s Clockwork Universe” nachlesen).

Also! Wenn ihr vom Wochenende noch ein paar Flaschen Sekt übrig habt, dann lasst uns heute Nacht auf das Perihel anstoßen! Prosit Perihel! 😉

Kommentare (28)

  1. #1 Bjoern
    4. Januar 2012

    Zwei Fragen:

    1) In welche Jahreszeit das Perihel fällt, ändert sich doch nicht nur durch die Apsidendrehung, sondern auch durch die Präzession der Erdachse – oder hab’ ich da irgendwo einen Denkfehler?

    2) Diese “nur” 5 Millionen km sind immerhin etwa 3,3%, was bedeutet, dass wir von der Sonne etwa 6,5% weniger Strahlung empfangen…

  2. #2 MadManniMan
    4. Januar 2012

    Bei immerhin gut 3 Prozent größerem Abstand sollte sich doch die unterschiedlich intensive Sonneneinstrahlung durchaus messen lassen können, oder?

  3. #3 CygnusX1985
    4. Januar 2012

    Prosit Perihel!

  4. #4 Bullet
    4. Januar 2012

    @Bjoern:
    zu 1) würd ich dasselbe sagen. Da wäre jetzt die Frage interessant, wie lange der Perihelpunkt braucht, um einmal um die Sonne herum zu wandern (gegenüber dem Sternenhimmel oder meinetwegen bezogen auf die Linie M31 – Sonne). Wenn diese Periode nämlich kürzer ist als ein platonisches Jahr, wirds lustig.

  5. #5 Bjoern
    4. Januar 2012

    @Bullet: Siehe hier:
    http://de.wikipedia.org/wiki/Periheldrehung#Planetenbahnen
    Für die Erde hat man den (siderischen) Wert von 0,323 Grad pro Jahrhundert; einmal rum sind’s also grob 111 000 Jahre, also mehr als 4 platonische Jahre.

  6. #6 Alderamin
    4. Januar 2012

    @Bjoern

    Mein Senf dazu:

    1) Beides. Die Präzession verlagert den Beginn der Jahreszeiten relativ zum Sternenhintergrund (z.B. wir Orion dadurch irgendwann mal zu Sommersternbild auf der Nordhablkugel). Die Periheldrehung verlagert den sonnennächsten Punkt relativ zum Sternenhintergrund. In Kombination von beiden Drehungen ergibt sich, wie schnell das Perihel durch das tropische (an den Jahreszeiten gemessenen) Jahr wandert. Wenn man eine der Drehungen wegließe, ergäbe sich eine andere Geschwindigkeit.

    2) na ja, vergleich’ das aber mal mit den beiden Effekten, die die Jahreszeiten ausmachen:

    a) Mittagshöhe der Sonne: im Winter 90°- geogr. Breite – 23,5° = ca. 16,5° in Deutschland (50° N); im Sommer 90°- geogr. Breite + 23,5° = 63,5°; ein Sonnenstrahlenbündel beleuchtet damit mittags im Winter mehr als die 3-fache Fläche als im Sommer.

    b) die Beleuchtungszeit ist durch den früheren Aufgang und späteren Untergang der Sonne im Sommer in unseren Breiten fast doppelt so lang wie im Winter (ca. 9h im Winter, ca. 17h im Sommer, hängt von der Breite ab).

    Das sind zwar die Extremwerte Mittags zu den Sonnenwenden, aber jedenfalls reden wir hier von fast 600% Unterschied in der Sonnenenergie, die pro Tag auf ein Flächenelement fällt, gegenüber den 6,5% durch die elliptische Erdbahn. Das sind zwei Größenordnungen Unterschied.

  7. #7 Piepsi
    4. Januar 2012

    Hehe, es gibt immer einen Grund zum Saufen – jetzt hab ich noch einen mehr! Danke! 😀

  8. #8 Alderamin
    4. Januar 2012

    @myself

    Das sind zwar die Extremwerte Mittags zu den Sonnenwenden, aber jedenfalls reden wir hier von fast 600% Unterschied in der Sonnenenergie, die pro Tag auf ein Flächenelement fällt,

    Na ja, ganz soviel ist es über den Tag summiert nicht, die Rechnung mit der Sonnenhöhe stimmt ja nur mittags, man müsste das über die verschiedenen Sonnenhöhen über den Tageslauf integrieren, aber den Extremwert für Mittag nur mal so als Hausnummer.

  9. #9 noch'n Flo
    4. Januar 2012
  10. #10 MArco
    4. Januar 2012

    was verursacht denn die Apsidendrehung? Rotierende Galaxie und Position im Spiralarm oder sowas?

  11. #11 Alderamin
    4. Januar 2012

    @Marco

    Siehe hier. Im wesentlichen der Einfluss der anderen Planeten im Sonnensystem und die Allgemeine Relativitätstheorie.

    Weiß jemand, wie der Mechanismus der Periheldrehung bei der AR anschaulich funktioniert? Könnte mir vorstellen, dass die Zeitdilatation im Schwerefeld dafür sorgt, dass sich die Bahnachse verschiebt: die Zeit vergeht in Sonnennähe ein wenig langsamer, der Planet müsste ein wenig träger werden. Ist das die Ursache?

  12. #12 Florian Freistetter
    4. Januar 2012

    @Alderamin: “die Zeit vergeht in Sonnennähe ein wenig langsamer, der Planet müsste ein wenig träger werden. Ist das die Ursache? “

    Naja, es ist einfach so, dass in der Nähe der Sonne das Gravitationsfeld nicht mehr nach 1/r² abfällt. Das Newtonsche Gesetz war ja nur eine Näherung an den korrekten Wert.

  13. #13 Alderamin
    4. Januar 2012

    @myself

    Trägheit ist Quatsch, da schwere Masse = träge Masse

  14. #14 schak
    4. Januar 2012

    @Aldemarin
    Hat sicher was mit der langsamer vergehenden Zeit zu tun.

    Meine Erklärungsversuch:
    Wenn die durchschnittliche Geschwindigkeit des Merkur gleich bleibt muss bei langsamer vergehender Zeit der Weg weiter werden und somit verschiebt sich die Bahnkurve in Flugrichtung.

  15. #15 Alderamin
    4. Januar 2012

    @Florian

    Naja, es ist einfach so, dass in der Nähe der Sonne das Gravitationsfeld nicht mehr nach 1/r² abfällt. Das Newtonsche Gesetz war ja nur eine Näherung an den korrekten Wert.

    Das heißt mit anderen Worten, das Gesetz, dass Kugeln und Punktmassen außerhalb des Kugelradius das gleiche Feld haben, gilt nur bei Newton, aber nicht bei Einstein? Wusste ich gar nicht. Die Sonne hat ja nur eine kaum messbare Abplattung und sollte mithin ein ziemlich perfektes 1/r²-Feld (nach Newton) haben.

  16. #16 Bjoern
    4. Januar 2012

    @Alderamin. Kannst es dir so vorstellen (auch wenn das sicher nicht 100% korrekt ist): das Gravitationsfeld der Sonne enthält auch Energie, die ihrerseits wieder zum Gravitationsfeld beiträgt. Deswegen ist der Abfall nicht mehr exakt proportional zu 1/r^2.

  17. #17 Alderamin
    4. Januar 2012

    @Bjoern

    Macht Sinn, Danke!

  18. #18 regow
    4. Januar 2012

    Ganz ohne Auswirkung ist das Perihel nicht für uns.
    Wir haben eine Woche weniger Winter als die Südhalbkugel.

  19. #19 Bullet
    4. Januar 2012

    Richtig mistig wirds ja erst, wenn dereinst dank Präzession Aphel und Winteranfang hier zusammenfallen. Dann werden die Winter und Sommer auf der Nordhalbkugel – denk ich – noch’n bissl krasser, während die Sommer auf der Südhalbkugel ein wenig weniger dolle werden.
    Dummerweise ist die Nordhalbkugel die mit dem vielen Land, und da wird sich das Mehr (und das Weniger natürlich auch) an Einstrahlung noch zusätzlich bemerkbar machen, da die ausgleichende Wirkung der Ozeane nicht so sehr ins Gewicht fällt.
    Okay, das ist natürlich reine Spekulation, weil Klima ja bekanntermaßen etwas komplexer ist als “boah, nich mal im Januar Schnee”. Schon klar.

  20. #20 SCHWAR_A
    4. Januar 2012

    @Alderamin:
    “Weiß jemand, wie der Mechanismus der Periheldrehung bei der AR anschaulich funktioniert?”

    Wir hatten mal angefangen, sowas zu diskutieren, zunächst bzgl. eines einfachen Binärsystems…

    Man kann das dort Beschriebene bestimmt noch verallgemeinern zu verschiedenen Massen und zu sich drehenden Ellipsenbahnen…

    Herzliche Grüße.

  21. #21 Blaubaer
    4. Januar 2012

    @Florian Freistetter, evtl. etwas OT eine Frage.
    Seit einiger Zeit liegt im Zeitschriftenhandel das GEO Kompakt Magazin “Der Urknall und wie die Welt entstand”. Wie beurteilt denn ein Astronom dieses Magazin, lohnen sich die 15,90 Euro?

  22. #22 Florian Freistetter
    4. Januar 2012

    @Blaubaer: “Wie beurteilt denn ein Astronom dieses Magazin, lohnen sich die 15,90 Euro? “

    Ich bin leider kein GEO-Leser, kann dazu also leider nichts sagen… Mal sehen, morgen muss ich sowieso mit dem Zug nach Erfurt fahren, da kann ichs mal im Bahnhofsbuchladen durchblättern.

  23. #23 dude
    4. Januar 2012

    @blaubär

    Also ich kann die Geo-kompakt eigentlich nur empfehlen, wobei ich jetzt diese Ausgabe noch nicht gelesen habe. Normalerweise ist alles dort gut recherchiert und verständlich geschrieben. 15,90 ist jedoch kein Pappenstiel…

  24. #24 Blaubaer
    4. Januar 2012

    Hab gerade auf dem Heimweg nochmal geschaut. Es ist eine DVD beigelegt. Da sind die 15,90 wohl doch nicht so schlecht.

  25. #25 Tobias
    4. Januar 2012

    Im Artikel steht: “Heute Nacht wird die Erde 147098291 Kilometer von der Sonne entfernt sein”. Wie kann man eine solche Angabe auf einen Kilometer genau definieren, besonders, weil die Entfernung ziemlich groß (Verglichen mit den Verhältnissen hier auf der Erde)

  26. #26 ehtuank
    4. Januar 2012

    @Bjoern:
    “Diese “nur” 5 Millionen km sind immerhin etwa 3,3%, was bedeutet, dass wir von der Sonne etwa 6,5% weniger Strahlung empfangen…”

    3,3% Entfernungsunterschied bedeuten doch nicht 6,5% Strahlungsunterschied. Oder übersehe ich wiedermal was? Die empfangene Strahlung ist immerhin reziprok prop. zur Entfernung. Gleiches gilt für relative Differenzen. Also sind es nur ca. 1/30²=0,11% weniger Strahlung.

  27. #27 Bjoern
    4. Januar 2012

    @ehtuank: So geht die Rechnung: 1/(1,033)^2 = 0,937…, also 6,3% weniger. (die 6,5% waren geschätzt – als grobe Abschätzung kann man sagen, wenn Größe A proportional zu B^2 oder zu B^(-2) ist, dann führt eine relative Änderung in B zu einer doppelt zu großen relativen Änderung in A)

  28. #28 Kallewirsch
    6. Januar 2012

    Im Artikel steht: “Heute Nacht wird die Erde 147098291 Kilometer von der Sonne entfernt sein”. Wie kann man eine solche Angabe auf einen Kilometer genau definieren

    Ich denke mal, das ist ein rechnerischer Wert, der sich aus der Ellipsengeometrie der Erdbahn ergibt.

    Denn auch die Sonne eiert ja in Wirklichkeit rum, so wie auch die Erde rumeiert. Nicht die Erde selbst läuft auf der Ellipse, sondern der Schwerpunkt des Systems Erde-Mond. Und genaus dreht sich auch die Sonne nicht (nur) um ihren MIttelpunkt, sondern sie eiert rund um den Schwerpunkt des Sonnensystems.

    Und dann erhebt sich ja auch noch die Frage: Von wo bis wohin misst man denn eigentlich? SChwerpuntk zu Schwerpunkt? Mittelpunkt zu Mittelpunkt? Punkt an der Oberfläche zu Oberflächenpunkt (was bei der Sonne natürlich wieder die Frage aufwirft: Was definiert man als die Oberfläche).

    Solche Zahlen sind ale mit einem Körnchen Salz zu sehen. Wobei es bei der Sonnendistanz sicher nicht auf den einen oder anderen Kilometer ankommt.