Sonne, Mond und Sterne, sie alle drehen sich mehr oder weniger schnell um eine Achse. Keine Rotation ist dabei eher eine ganz große Besonderheit. Unser Planet Erde dreht sich übrigens mit ca. 1.666 km/h. Doch warum dreht sich die Erde? Bzw. warum gibt überhaupt eine Rotationen bzw. warum muss es sie geben?
Warum dreht sich die Erde?
- Ein Modell der Entstehung unseres Sonnensystems vor ca. 5 Milliarden Jahren beschreibt zunächst einmal das Vorhandensein einer riesigen Materiewolke aus Gas und Staub und Strahlung, sehr wahrscheinlich ein Überbleibsel einer Supernova vor noch viel längerer Zeit.
- Betrachtet man eine solche Wolke von außen, dann steht diese in aller Regel nicht starr im Raum, sondern sie unterliegt irgendeiner Drift und ganz geringfügigen Drehung auf Grund der Anziehung von fernen Sternen oder Galaxien.
- Unter ihrer eigenen Schwerkraft zieht sich die Wolke zudem sehr gemächlich zusammen. Und jetzt passiert das, was jeder vom Eiskunstlauf kennt. Beim Zusammenziehen der Arme wird die Pirouette immer schneller.
- Dahinter steckt der Drehimpulserhaltungssatz, der zu allen Zeiten an allen Orten des Universums Gültigkeit hat:
L = r x p
- Der Drehimpuls L ist das Produkt aus Radius r und Impuls p aller Teilchen.
- Wenn r bei der Zusammenziehung der Wolke kleiner wird, muss p, und darin steckt die Bahngeschwindigkeit, gleichzeitig größer werden, um L konstant zu halten.
- Die schrumpfende Wolke fängt also an, sich immer schneller zu drehen, dabei bildet sich langsam eine Akkretionsscheibe aus (unsere heutige Ekliptik-Ebene, in der sich alle Planeten befinden), und innerhalb dieser Materiescheibe, in deren Zentrum sich gerade die Sonne zu bilden beginnt, entstehen auch einzelne (Dichte)Wirbel, die sich ihrerseits auch zusammenziehen und immer schneller drehen und später zu den Planeten werden sollen.
- Schlussendlich bleibt für jeden Himmelskörper seine ganz individuelle Netto-Drehung übrig.
Wäre die Erde eine ideale Kugel…
- Eine ideale Kugel im Weltraum, die völlig unabhängig von jeder äußeren Kraft ganz allein und reibungsfrei gelangweilt ihr Dasein fristet, würde nun ihre Drehung konstant für alle Zeiten so beibehalten. Aber wer oder was ist schon ideal?
- In einem Planetensystem gibt es Nachbarn, die Anziehungskräfte aufeinander ausüben und so an der Bahn und an der Drehung von außen herum zerren.
- Ein berühmtes Beispiel sind die Gezeitenkräfte durch Sonne und Mond auf die Erde. Die von Sonne und Mond ausgehende Gravitationskraft zieht sozusagen an unseren Ozeanen und türmt dabei Wellenberge auf, unter denen sich die Erde sozusagen hinweg drehen muss.
- Daraus resultieren unerhörte Reibungskräfte, die zu einer ständigen Verlangsamung der Erdrotation führen. Noch im Mesozoikum hatten die Dinosaurier einen ca. 22-stündigen Biorhythmus. Aber auch unabhängig von unseren Wassermassen wird sogar die gesamte Erdkruste von den Gezeitenkräften ständig durchgewalgt.
- Umgekehrt wirkt so auch die Erde auf den Mond ein. Dieser relativ kleine, leichte Himmelskörper ist von seiner ursprünglichen Rotation dabei so abgebremst worden, dass er der Erde heute immer dieselbe Ansicht bietet.
Wie schnell dreht sich die Erde?
- An der Erläuterung oben erkennt man schnell, dass diese Fragestellung nicht von besonders hoher Relevanz ist, denn im Grunde genommen verändert die Erde jeden Tag ihre Rotation, und das betrifft nicht nur ihre Winkelgeschwindigkeit, sondern sogar auch die Stellung der Rotationsachse im Weltraum.
- Wie wir wissen, ist die Erde ein ziemlich lebendiger Planet, der auch seine Oberfläche, sein Aussehen ständig verändert. Die Kontinentalverschiebung, die Bildung und das Abschmelzen von Eis, die Vegetationsänderung im Jahresrhythmus, starke Erdbeben und Vulkanausbrüche, das alles ist verbunden mit Massenverlagerungen, die eine Auswirkung auf die Erdrotation und die Stellung der Erdachse haben.
- Um aber endlich auch mal eine lang ersehnte Zahl zu nennen, kann man sagen, dass sich ein bestimmter Punkt auf dem Äquator auf Meeresspiegelniveau ca. mit einer Bahngeschwindigkeit von 1666 km/h in östliche Richtung bewegt und genau nach einem Tag wieder an die gleiche Stelle gelangt.
- Geht man an einen anderen Punkt weiter im Norden oder auch weiter im Süden, dann hat der (Breiten)Kreis einen kleineren Durchmesser, und die Bahngeschwindigkeit des Punktes verringert sich entsprechend.
- Mit anderen Worten: die (durchschnittliche) Dauer einer Umdrehung mit Bezug auf einen festen Punkt in der Unendlichkeit des Weltraums (ein Fixstern ist hier erst mal ausreichend) beträgt heute 23 Stunden, 56 Minuten und 4,10 Sekunden.
- Das ist übrigens ein so genannter Sterntag (siderischer Tag), der im Gegensatz zu unserem geläufigen Sonnentag (24 Stunden) etwas kürzer ist.
- Das ist deshalb plausibel, weil sich die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne ja während eines Tages ein Stück weiter bewegt. Entsprechend dieses schmalen Winkelteilstücks auf ihrer Bahn muss sich die Erdkugel auch ein kleines Stückchen weiter drehen, um wieder die gleiche Position zur Sonne zu erreichen.
- Den Sterntag tangiert die Bewegung der Erde auf ihrer Bahn um die Sonne nicht, weil ja der Stern per Definition unendlich weit entfernt ist, und gegen diese Distanz ist der Durchmesser der Erdbahn vernachlässigbar klein.
- Da ein Erdumlauf um die Sonne nicht exakt 365 Sonnentage dauert, sind immer mal wieder ausgleichende Einschübe von Schalttagen (29. oder sogar 30. Februar) oder auch nur Schaltminuten erforderlich, um eine Verschiebung des Kalenders zu verhindern. Auf diese Weise wird sicher gestellt, dass die Sommersonnenwende immer am 21. Juni stattfindet oder dass Weihnachten immer 3 Tage nach der Wintersonnenwende gefeiert werden kann.
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