Alle Planeten in unserem Sonnensystem bewegen sich um die Sonne herum und drehen sich um ihre jeweils eigene Achse. Die Drehung der Erde um sich selbst bezeichnet man als Erdrotation, sie ist verantwortlich für die Entstehung von Tag und Nacht.
Wie dreht sich die Erde?
Die Rotationsachse der Erde verläuft durch die Mitte des Erdkörpers und definiert durch ihre Schnittpunkte mit der Erdoberfläche den geographischen Nord- und Südpol. Häufig wird sie auch Erdachse genannt. Die Drehung der Erde erfolgt um diese Erdachse von West nach Ost. Die Drehrichtung der Erdrotation kann man sich auch sehr einfach an Hand des Sonnenaufganges merken. Da die Sonne im Osten aufgeht, muss sich die Erde logischerweise auch in Richtung Osten drehen.
Tag und Nacht
Die Erde dreht sich um sich selbst und sorgt damit für Tag und Nacht. Auf der zur Sonne gewandten Seite der Erde herrscht jeweils Tag, auf der von der Sonne abgewandten Seite herrscht Nacht. Für eine vollständige Drehung um die eigene Achse benötigt die Erde 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden. Dieser Zeitraum wird Sterntag genannt. Bis die Sonne auf ihrer scheinbaren Bahn von Höchststand zu Höchststand wandert, dauert es im Schnitt 24 Stunden. Dieser Zeitraum wird Sonnentag genannt. Der Unterschied zwischen Sonnentag und Sterntag ist mit der Bewegung der Erde um die Sonne zu erklären. Da sich die Erde auf ihrer Umlaufbahn um etwa 1° pro Tag vorausbewegt, verzögert sich der nächste Sonnenhöchststand um 3 Minuten und 56 Sekunden.
Die Länge von Tag- und Nachzeiten hängt vom Standort auf der Erde ab. Am Äquator dauert jeder Tag und jede Nacht stets 12 Stunden. Am nördlichen und südlichen Wendekreis dauert ein Tag je nach Jahreszeit zwischen 10,5 und 13,5 Stunden. Am Nord- und Südpol dauert ein „Tag“ über ein halbes Jahr (186 Tage – Polartag). Die anschließende Nacht ist fast ebenso lang (179 Tage – Polarnacht). Grund für diese unterschiedlichen Tag- und Nachtzeiten ist die Neigung der Erdachse. Je nachdem, wo sich die Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne gerade befindet, ist entweder der Südpol oder der Nordpol der Erde in Richtung Sonne geneigt.
Rotationsgeschwindigkeit der Erde
Die Erde bewegt sich mit fast 30km/s auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne fort. Nebenbei dreht sie sich dabei auch noch um sich selbst. Wie viel Weg man durch die Drehung der Erde zurücklegt, hängt von seinem Standort auf Erde ab. Befindet man sich exakt am Nordpol oder Südpol, so dreht man sich innerhalb eines Tages nur einmal um sich selbst. Befindet man sich hingegen am Äquator, so legt man innerhalb eines Tages die volle Länge des Erdumfanges zurück.
Berechnung Rotationsgeschwindigkeit:
Zur Berechnung des zurück gelegten Weges am Äquator und der dortigen Rotationsgeschwindigkeit der Erde werden dann nur noch ein paar grundlegende Formeln und Daten benötigt:
v = Δs / Δt
(„Geschwindigkeit = Weg durch Zeit“)
Äquatorlänge: ca. 40.075 km
Dauer einer Erdrotation: ca. 23h 56 min 4 sec
Also ergibt sich folgende Rechnung:
40.075 / (3600 * 23 + 56 * 60 + 4) = 0,4651 km/s bzw. 1.674 km/h
Berechnung Winkelgeschwindigkeit:
Ähnlich erfolgt auch die Berechnung der Winkelgeschwindigkeit der Erde (um welchen Winkel dreht sich die Erde pro Sekunde):
ω = Δα / Δt
Die Erde dreht sich einmal am Tag um sich selbst, für den Winkel α setzen wir daher 2 π (entspricht 360°) in die Formel ein. Die Zeit t bleibt unverändert:
2 π / (3600 * 23 + 56 * 60 + 4) = 7,2921 x 10-5 rads-1
Verschiebung der Erdachse
Die Lage der Erdachse wird seit über 100 Jahren beobachtet und ist eine wichtige Grundlage für viele Berechnungen in der Astronomie und der Raumfahrt. Dabei wurde festgestellt, dass die Erdachse keineswegs fix ist, sondern sich um mehrere Meter pro Jahr bewegen kann. Als Ursache für die Verschiebung der Erdachse werden Masse-Veränderungen auf unserer Erde vermutet. Eine im Fachmagazin Science Advances veröffentliche Studie zur Verschiebung der Erdachse hat ergeben, dass Veränderungen in der Verteilung der Massen im Zeitraum von 2003 bis 2015 vor allem durch Änderungen in der Kryosphäre und den Grundwasservorräten bedingt waren. Eine Veränderung des globalen Klimas kann also eine Verschiebung der Erdachse bewirken und damit die Erdrotation beeinflussen und somit ggf. zu weiteren Klimaveränderungen führen.