Perihel: Erde und Sonne kommen sich näher

Habt ihr es gemerkt? Heute Morgen um 6 Uhr hat die Erde den sonnennächsten Punkt ihrer Bahn erreicht. Sie war der Sonne so nahe, wie sie es in den vergangenen 365 Tagen nicht war und natürlich habt ihr nichts davon bemerkt. Es gibt nämlich nichts zu bemerken. Es wird dadurch weder wärmer auf der Erde, noch heller, noch passiert sonst irgendetwas, das man mit freiem Auge bemerken könnte. Denn der Unterschied zwischen dem sonnennächsten und sonnenfernsten Punkt ist nur gering.

Würde sich die Erde genau auf einer Kreisbahn um die Sonne bewegen, dann wäre ihr Abstand immer gleich. Seit der Arbeit von Johannes Kepler im 17. Jahrhundert wissen wir aber, dass sich die Himmelskörper auf elliptischen Bahnen um die Sonne bewegen. Die Planetenbahnen sind also oval und deswegen ist der Planet der Sonne mal ein wenig näher und mal ein wenig ferner – je nachdem wie oval die Bahn ist. Den Punkt der Bahn, der der Sonne am nächsten ist, nennt man Perihel, den sonnenfernsten Punkt dagegen Aphel. Die Erde ist heute morgen 147,1 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt gewesen. Ein halbes Jahr später, am 5. Juli, werden es 152,1 Millionen Kilometer sein. Ein Unterschied von 5 Millionen Kilometer mag zwar groß erscheinen, macht aber insgesamt nur 3 Prozent aus und würde man die Bahn der Erde maßstabsgetreu aufzeichnen, dann würde man den Unterschied zu einer Kreisbahn kaum bemerken:

Gelb ist die Erdbahn, Blau ist ein enstprechender Kreis und man muss schon sehr genau schauen, um den Unterschied zu sehen. Es ist auch Zufall, dass der sonnennächste Punkt gerade im Januar stattfindet. Mit den Jahreszeiten hat das nichts zu tun. Das merkt man auch daran, dass zum Beispiel die Leute in Australien gerade Hochsommer haben. Der Abstand zwischen Sonne und Erde ändert sich im Laufe eines Jahres zu wenig, um einen relevanten Einfluss auf das Wetter zu haben (da muss man schon sehr lange Zeiträume betrachten und warten, bis sich die Bahn der Erde selbst ein wenig ändert, um Auswirkungen auf das Klima beobachten zu können).

Auch bei den anderen Himmelskörpern ist der Unterschied zwischen sonnennächsten und sonnenfernsten Punkt gering. Das führt oft zu Verwirrung, wenn man Bilder des Sonnensystems zeichnet. Das sieht zwangsläufig immer so aus, als hätte man jede Menge Kreise gezeichnet. Die Leute erwarten aber Ellipsen, weil man ja gelernt hat, dass Planeten sich auf elliptischen Bahnen bewegen. Was man aber nicht gelernt hat und auch nur enorm schwer lernen kann, ist ein Gefühl für die enormen Abstände im Sonnensystem zu bekommen.

Bilder des Planetensystems sehen oft so aus:

Einerseits hat man hier durch die Wahl der Perspektive und den schrägen Blickwinkel auf das System das Problem der elliptischen/kreisförmigen Bahnen gelöst. Schaut man schräg auf einen Kreis, dann sieht er auch aus wie eine Ellipse. Andererseits ist dieses Bild auch völlig falsch. Denn hier scheinen die Abstände zwischen zwei Planetenbahnen immer ungefähr gleich groß zu sein. Das macht das Bild natürlich übersichtlich. Aber eben auch falsch. Denn die Realität sieht anders aus. So in etwa:

Das sind die Bahnen der äußeren Planeten: Neptun, Uranus, Saturn und Jupiter (von außen nach innen). Und ganz in der Mitte kann man gerade noch so die Bahn von Mars erkennen. Die vier inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars drängen sich um die Sonne und es ist schwer, sie alle auf ein Bild zu bekommen. Will man die vier inneren Planeten gut sehen, dann muss man bis zur Jupiterbahn hinein zoomen:

Als ich noch ein Student war, hat irgendein ein Künstler bei der Sternwarte in Wien angefragt: Er wollte ein Diagramm haben, das die Position der Planeten auf ihren Bahnen zu einem bestimmten Zeitpunkt zeigt (keine Ahnung, was er damit anstellen wollte). Und weil sich niemand darum kümmern wollte, wurde der Job in der Institutshierarchie bis an mich durch gereicht. Ich habe dann entsprechende Bilder gebastelt, alle maßstabsgetreu natürlich. Der Künstler hat sich dann beschwert, so hätte er sich das nicht vorgestellt. Er wollte Bilder mit Planetenbahnen haben, die alle gleich weit voneinander entfernt und gut zu erkennen sind. Nach einem kurzen Gespräch über die Natur der Realität haben wir uns dann auf zwei korrekte, maßstabsgetreue Bilder geeinigt; eines für das innere Sonnensystem und eines für das äußere…

Die Erdbahn ist also eine Ellipse, die von einem Kreis kaum zu unterscheiden ist. So ist es auch für die anderen Planeten. Der Unterschied zwischen Perihel und Aphel macht kaum mehr als 10 Prozent aus (bei der Venus ist es nur ein Prozent, bei Neptun nur zwei Prozent). Nur Merkur und Mars stellen eine Ausnahme dar. An seinem sonnennächsten Punkt ist Merkur der Sonne um fast 24 Millionen Kilometer näher als am sonnenfernsten Punkt. Viel mehr als bei der Erde und noch dazu ist die Bahn von Merkur insgesamt viel kleiner. Die Differenz macht einen Unterschied von 41 Prozent aus! Beim Mars sind es immer noch 19 Prozent und das ist auch der Grund, warum Kepler damals überhaupt auf die Sache mit den Ellipsen gekommen ist. Anhand der Beobachtungsdaten des Mars erkannte er, dass er sich nicht auf einer kreisförmigen Bahn bewegt, sondern einer elliptischen. Bei den anderen Planeten waren die Unterschiede zu gering, um das mit den damaligen Methoden zu merken (und Merkur ist wegen seiner ständigen Nähe zur Sonne schwer zu beobachten und liefert nicht genug Datenpunkte).

Hier sind zwei Bilder, die die Planetenbahnen zeigen. In grün ist das jeweilige Perihel eingezeichnet, in rot das Aphel:


Bei Merkur kann man noch den unterschiedlichen Abstand zwischen dem roten und dem grünen Punkt erkennen, aber bei den anderen Planeten wird es schwer.

Aber auch wenn man es nicht sehen kann: Die Bahnen der Planeten sind keine Kreise. Die Erde ist der Sonne manchmal näher als sonst. Und heute Morgen war sie ihr am nächsten. Wer es verpasst hat, soll sich nicht ärgern. Morgen um 7 Uhr gibt es noch eine Chance, das Perihel zu feiern (und etwaige Alkholvorräte zu verbrauchen, die von Silvester übrig geblieben sind). Denn die Erde umkreist die Sonne ja nicht alleine, sondern hat den Mond mit dabei. Erde und Mond umkreisen ihren gemeinsamen Schwerpunkt (der sich noch innerhalb der Erde befindet) und dieser Schwerpunkt ist es, der eigentlich die Sonne auf einer elliptischen Bahn umkreist. Und der wird erst morgen früh um 7 Uhr sein Perihel erreichen.

Kommentare

  1. #1 Christoph Kremer
    Linz
    2. Januar 2013

    Lieber Herr Freistetter!
    Hr. Himmelfreundpointner hat mich auf ihren Blog aufmerksam gemacht – haben sie Interesse, im AEC im Rahmen unserer Deep Space LIVE – Reihe eine Abend zu gestalten? Bitte ein Mail an christoph.kremer@aec.at
    lg
    Christoph Kremer

  2. #2 Silava
    2. Januar 2013

    Das erste Bild erscheint nur als Link. Dafür tut das zweite Bild so richtig weh:
    - Venus viel größer als die Erde
    - Jupitier viel größer als Saturn
    - Mars fast so groß wie die Erde
    - Uranus größer als Saturn
    Ich weiß, das soll ein abschreckendes Beispiel sein.

  3. #3 Alderamin
    2. Januar 2013

    Auf Astronomie.de hat gestern jemand ein Bild gepostet, bei dem er die Sonne nahe dem Perihel und dem Aphel mit der gleichen Brennweite aufgenommen nebeneinander gestellt hat. Dank Hilfslinien kann man einen winzigen Größenunterschied erkennen. Nett gemacht, finde ich.

  4. #4 Alderamin
    2. Januar 2013

    In der Seitenleiste, gleich darüber, übrigens das selbe für den Mond in Erdnähe und Erdferne.

  5. #5 Hgulf
    Bremen
    2. Januar 2013

    “[..]wie sie es in den vergangenen 365 Tagen nicht wahr [..]”

    Wie? Nicht wahr? Unwahr?

    *scnr*

  6. #6 sebi
    2. Januar 2013

    Ich wollte schon auf die “Mullionen” hinweißen, aber da waren sie schon weg.. ;)

    Eigentlich wollte ich aber fragen, woher du die maßgestabstreuen Bilder des Sonnensystems hast. Hast du die selber mit einem Programm erstellt?

  7. #7 GV5
    2. Januar 2013

    Interessanter Artikel, jedoch habe ich ein paar Fragen. Du hast geschrieben, dass geringe Unterschiede zwischen Perihel und Aphel im etwa einstelligen Prozentbereich keine Auswirkungen auf das Klima eines Planeten haben. Nun hat der Mars nach deinem Artikel einen 19% Unterschied zwischen Perihel und Aphel. Hat dieser relativ große Unterschied einen größeren Einfluss auf die “Jahreszeiten” des Marses? Ich habe irgendwo mal gelesen, dass es auf dem Mars regelmäßig zu großen den ganzen Planeten umfassenden Staubstürmen kommt, die auch die dortigen Marsrover, die mit Sonnenenergie betrieben werden, lahm legen. Haben diese Stürme irgendetwas mit dem Abstand zur Sonne zu tun? Sollte ich einen Artikel hier im Blog, der genau diese Fragen erklärt übersehen haben, Entschuldigung für die erneute Nachfrage.

  8. #8 Florian Freistetter
    2. Januar 2013

    @sebi: “Hast du die selber mit einem Programm erstellt?”

    Ja, mit Celestia

  9. #9 Florian Freistetter
    2. Januar 2013

    @GV5: Ja, beim Mars spielt die Bahnexzentrizität tatsächlich eine Rolle bei den Jahreszeiten. Wikipedia hat es gut zusammengefasst: http://de.wikipedia.org/wiki/Mars_%28Planet%29#Jahreszeiten

  10. #10 Ex-Weimarerin
    2. Januar 2013

    “(da muss man schon sehr lange Zeiträume betrachten und warten, bis sich die Bahn der Erde selbst ein wenig ändert, um Auswirkungen auf das Klima beobachten zu können).”

    Oh! *interessiert-guck*
    Wie schaut’s denn da über längere Zeiträume aus und welche Auswirkungen hatte/hätte es auf die Ausprägung der Jahreszeiten?

    “Morgen um 7 Uhr gibt es noch eine Chance, das Perihel zu feiern…”

    Prosit!

    Wie formatiert man hier eigentlich Zitate u.ä.?

  11. #11 Alderamin
    2. Januar 2013

    @Ex-Weimarerin

    Wie schaut’s denn da über längere Zeiträume aus und welche Auswirkungen hatte/hätte es auf die Ausprägung der Jahreszeiten?

    Eiszeiten zum Beispiel.

  12. #12 Alderamin
    2. Januar 2013

    @Ex-Weimarerin

    Wie formatiert man hier eigentlich Zitate u.ä.?

    Mit <blockquote> Zitat </blockquote> klammern.

    Mit <b> Text </b> klammern macht Fettdruck, mit <i> Text </i> macht kursiv.

    <a href=”http:\\….”> Linktext </a> erzeugt einen Hyperlink unter “Linktext”. Man kann hier maximal zwei Links in einem Beitrag unterbringen, sonst geht’s in die Moderation.

  13. #13 Florian Freistetter
    2. Januar 2013

    @Ex-Weimarerin: “Wie schaut’s denn da über längere Zeiträume aus und welche Auswirkungen hatte/hätte es auf die Ausprägung der Jahreszeiten?”

    Die Bahn der Erde ist nicht immer die gleiche Ellipse. Über Zehn- und Hunderttausende Jahre hinweg wird die Ellipse mal ein wenig größer, mal ein wenig kleiner; mal ein wenig ovaler, mal ein wenig kreisförmiger, usw. Dadurch ändert sich auch ein bisschen die Menge an Sonnenstrahlung, die auf die Erde trifft und das kann das Klima beeinflussen (Eiszeiten, u.ä.). Man nennt das Milankovic-Zyklen.

  14. #14 MX
    2. Januar 2013

    @ FF: Du schreibst, für Auswirkungen auf das Klima müsste man so lange warten, bis sich die Bahn der Erde ändert. Wodurch ändert sich eigentlich die Bahn der Erde, und in welcher Weise ändert sie sich, entfernen wir uns oder kommen wir der Sonne näher?

  15. #15 Florian Freistetter
    2. Januar 2013

    @MX “Wodurch ändert sich eigentlich die Bahn der Erde, und in welcher Weise ändert sie sich, entfernen wir uns oder kommen wir der Sonne näher?”

    Die ändert sich, weil da die anderen Planeten sind. Wenn es nur Sonne und Erde gäbe, wäre die Bahn der Erde immer konstant. Aber weil die anderen Planeten auch einen gravitativen Einfluss haben, wackeln alle Bahnen ein bisschen hin und her. Insgesamt kommen wir der Sonne aber nicht näher oder entfernen uns. Das geht immer hin und her. Ich hab das alles in meiner Serie über Störungsrechnung genauer erklärt: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/01/storungsrechnung-und-die-stabilitat-des-sonnensystems-teil-4.php

  16. #16 Olaf aus HH
    Hamburg, D, Europa, Erde, ...
    2. Januar 2013

    Das sieht ja alles so schief aus… ;-)
    Unmöglich. Und ich dachte, es herrscht stabile Harmonie da draußen um uns herum.
    Scheeheerz !

    Allen ein schönes Neues Jahr 2013. Und wieder einmal ein Dank für Astrodictium Simplex.

  17. #17 GV5
    2. Januar 2013

    @Florian: Danke für den Hinweis.

  18. #18 Pete
    2. Januar 2013

    Bloedsinnmodus an

    Da es im Winter kaelter als im Sommer ist, ist der Beleg erbracht: Die Apologeten der “Kalten Sonne” haben recht.
    Wird Zeit, dass wir aus der Naehe dieses Waermediebes wieder herauskommen…

    Bloesinnmodus aus

    Entschuldigung, Florian, ich konnte nicht widerstehen.
    Aber wenn man so oft lesen muss, dass es im Winter kaelter sei, da man der Sonne ferner ist, was fuer die noerdliche Halbkugel auch nicht stimmt…

  19. #19 Piepsi
    3. Januar 2013

    Hm, mir ist noch eine ganze Tüte Kracher von Silvester übrig geblieben, ich könnte ja morgen früh (ähm, eigentlich heute schon, ist ja schon nach 00:00 Uhr, während ich das hier schreibe) um 07:00 Uhr….naja, lieber nicht… ;)

  20. #20 hummlbach
    4. Januar 2013

    Hallo!

    Ich bin schon eine Weile stiller Mitleser – also erstmal vielen Dank Florian für die tolle Astronomie in Deinem Blog!
    Vielleicht zu meiner Schande bin ich über den Begriff oval gestolpert. Nun ist oval – für mich zunächst überraschender Weise – ja tatsächlich eine Verallgemeinerung von elliptisch… :)
    Hat es einen Grund das Du oval sagst und nicht elliptisch? Die Bahnen sind nicht etwa aufgrund der Störungen am Ende oval statt elliptisch? :)
    Habe dann kurz die Störungstheorie-Artikel überflogen und da ist mir dann noch die Frage gekommen: Verstehe ich das richtig: Wenn man in der Störungsrechnung genau genug hinsieht dann kann man nicht davon sprechen, dass das Sonnensystem stabil ist? Für welche Zeiträume sichert uns die Störungsrechnung zweiter Ordnung denn “Stabilität” zu? :) Oder kann man das so nicht abschätzen?
    (Sollte ich diese Frage lieber im Störungstheorieartikel posten?)

    Grüße und vielen Dank

  21. #21 Alderamin
    4. Januar 2013

    @hummlbach

    Siehe zur Stabilität des Sonnensystems diesen Artikel. Laskar und Gatineau haben vor ein paar Jahren das Sonnensystem für ein paar hundert Millionen Jahre in die Zukunft simuliert und dabei gefunden, dass in manchen Simulationen Merkurs Bahn stark elliptisch wurde und er drohte, mit der Venus zu kollidieren, und einmal kollidierte Mars mit der Erde. Naturgemäß sind solche Simulationen nur Näherungen, deren Ergebnis stark davon abhängt, wie die genaue Ausgangssituation ist (es kommt auf die metergenaue Position der Planeten an) und wie genau man rechnet (Zeitraster).

    Die Tatsache, dass die Planeten nach 4,5 Milliarden Jahren immer noch friedlich auf fast kreisförmigen Bahnen um die Sonne laufen und die Erde über die meiste Zeit eine gemäßigte Temperatur hatte, spricht jedenfalls dafür, dass sich daran auch in einer fernen Zukunft wenig ändern wird. Jedenfalls so lange die allmählich heller werdende Sonne hier in der kommenden Milliarde Jahre noch Leben zulässt. Und das ist ziemlich lange, vor 1 Milliarde Jahren gab’s noch nicht das, was wir heute Tiere und Pflanzen nennen würden.

  22. #22 Florian Freistetter
    4. Januar 2013

    @hummlbach: “Hat es einen Grund das Du oval sagst und nicht elliptisch? “

    Ich sage oval, weil ich nicht ständig elliptisch sagen will. Und weil sich viele Leute unter “elliptisch” nichts vorstellen können, unter “oval” aber schon.

    ” Für welche Zeiträume sichert uns die Störungsrechnung zweiter Ordnung denn “Stabilität” zu?”

    Naja, offensichtlich schon mal für 4,5 Milliarden Jahre, sonst wären wir nicht da. Die Zeiträume sind wirklich lang. Bis sich da was tut, vergehen noch ein paar Milliarden Jahre: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/06/weltuntergang-reloaded-jacques-laskar-und-seine-kollidierenden-planeten.php

  23. #23 Stefan W.
    4. Januar 2013

    Sehr schön, aber bei den maßstabsgetreuen Bahnen fehlt der Hinweis, dass die Planeten/Sonnengröße dabei nicht maßstabsgetreu ist.

    Mit SVG-Graphiken ist es dabei heute kein großes Problem (außer für verschiedene Browser) auch Planetengrößen und Bahngrößen zugleich maßstabsgetreu hinzubekommen; Arbeit schon, und evtl. braucht man Hilfslinien, damit der User auf dem sonst stellenweisen leeren Bildschirm einen Anhaltspunkt hat, wohin er scrollen soll, und wo das Zoomen lohnt.

  24. #24 Ex-Weimarerin
    5. Januar 2013

    Hi Alderamin und FF,

    erstmal sorry, dass ich so spät antworte!

    Danke für die Hinweise zum Thema und zur Formatierung (ach so, stinknormales HTML! :-) ).

    Ich frage mich halt schon seit längerem, unter welchen Bedingungen es zu Ausprägungen von Eiszeitaltern kommt und welche – mal ganz abgesehen von menschengemachten – Bedingungen zusammenkommen müssten, dass unser Klima wieder Richtung “eisfreier Planet” kippt.
    Die astronomischen Aspekte und ihre Auswirkungen waren mir in dem Zusammenhang neu.

    Gibt’s eigentlich Erkenntnisse, ob unser Planet seine Bahnen vor dem letzten Erkalten seine Bahnen unter anderen Parametern zog, bzw. ob’s da Zusammenhänge gibt?
    Mir ist klar, dass das Thema komplex und Exzentrizität und die Zeitpunkte von Perihel und Aphel nur zwei von vielen Einflüssen auf unser Klima sind, aber ich frag halt trotzdem mal. :-)

  25. #25 Dr. Feelgood
    Bayern
    7. Januar 2013

    Hallo allerseits – bin ein “Neuer” hier (wenn auch schon mit Silberhaar ;) und will mich in Zukunft auch ein wenig an verschiedenen Diskussionen hier beteiligen.

    [quote]Ich frage mich halt schon seit längerem, unter welchen Bedingungen es zu Ausprägungen von Eiszeitaltern kommt und welche – mal ganz abgesehen von menschengemachten – Bedingungen zusammenkommen müssten, dass unser Klima wieder Richtung “eisfreier Planet” kippt.[/quote]

    Ich denke, dass die Ursache u.a. darin liegt, dass die Erdachse nicht starr immer im selben Winkel zur Sonne geneigt ist, sondern eine Art Torkel- oder Kreiselbewegung aufweist, deren Zyklus etwa 21.000 Jahre dauert.

  26. #26 Kallewirsch
    7. Januar 2013

    Du meinst die Präzession.
    Hmm. Darüber hab ich mir noch nie Gedanken gemacht. Aber steht die Achse um die die Erdachse präzediert nicht senkrecht auf die Ekliptik? Ich denke schon, weiß es jetzt aber nicht 100% auswendig.
    Dann wäre die Präzession kein Argument. Denn dadurch würde sich nur der Zeitpunkt verschieben, wann derselbe Punkt auf der Erdoberfläche im Jahreslauf genau zur Sonne ausgerichtet ist. Und das das keine allzugroße Rolle spielt wissen wir. Schliesslich ist das Klima in Australien nicht wesentlich anders als bei uns sondern einfach nur um ein halbes Jahr verschoben.

  27. #27 Rabbi
    7. Januar 2013

    Zur Präzession und deren Auswirkungen auf das Klima:
    http://de.wikipedia.org/wiki/Milankovi%C4%87-Zyklen
    Das scheint doch ganz erhebliche Wirkungen zu haben.

  28. #28 klauszwingenberger
    7. Januar 2013

    Jetzt machst du mich aber wirr. Um welche Achse präzediert die Erdachse? Wichtig ist ja nur, dass tatsäclich der Neigungswinkel der Rotationsachse zur Ekliptik konstant und bis aufs hundertstel Bogengrad dem halben Öffnungswinkel des Präzessionskegels entspricht. Es gibt also keine zusätzliche Neigung, um die die Präzession herumdrehen würde, und auch keinen rechten Winkel zur Ekliptik. Es sind immer 23,44 (oder 66,56) Grad.
    Gerade deswegen scheint mir dein Einwand aber jedenfalls im Ansatz richtig. Im Detail ist die Sache aber wohl schwieriger, weil es klimatisch schon einen Unterschied machen kann, ob derselbe Einstrahlungswinkel zur Mittagszeit auf einen Hochgebirgsfelsen, auf einen Regenwald oder auf einen Ozean trifft.