Die Erde dreht sich – das weiß jedes Kind. Aber warum eigentlich? Und wie schnell genau? Die Antworten führen zurück zur Entstehung unseres Sonnensystems vor rund 4,6 Milliarden Jahren und erklären, warum wir einen Schaltmonat haben und warum die Tage auf der Erde einmal kürzer waren als heute.
Warum dreht sich die Erde überhaupt?
Die Rotation der Erde ist kein Zufall, sondern die direkte Folge der Entstehung unseres Sonnensystems. Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren kollabierte eine riesige Gaswolke aus Wasserstoff, Helium und Staub unter ihrer eigenen Schwerkraft. Diese Wolke hatte eine leichte Eigendrehung – verursacht durch die Gravitationswirkung entfernter Sterne und Galaxien.
Das Prinzip dahinter kennt jeder vom Eiskunstlauf: Wenn ein Eisläufer die Arme anlegt, dreht er sich schneller. Physikalisch heißt das Drehimpulserhaltung: Wenn eine rotierende Masse kleiner wird (der Radius schrumpft), muss die Winkelgeschwindigkeit steigen, um den Gesamtdrehimpuls konstant zu halten. So wurde aus einer träge rotierenden Gaswolke eine schnell drehende Akkretionsscheibe – und aus Verdichtungen in dieser Scheibe entstanden die Planeten, inklusive der Erde, mit ihrer eigenen Rotation.
Jeder Planet behielt am Ende seine individuelle Netto-Rotation. Das erklärt, warum Venus sich rückwärts dreht (entgegengesetzt zur Erdumlaufrichtung) und warum Uranus auf der Seite liegt – beides Folgen großer Einschläge in der Frühphase des Sonnensystems.
Wie schnell dreht sich die Erde?
Die Frage klingt einfach, hat aber mehrere Antworten – je nachdem, was man als Bezugspunkt nimmt.
Bahngeschwindigkeit am Äquator
Am Äquator bewegt sich die Erdoberfläche mit rund 1.670 km/h nach Osten. In Deutschland, auf etwa 51° nördlicher Breite, sind es noch etwa 1.050 km/h. Am Pol beträgt die Bahngeschwindigkeit null – dort dreht sich der Punkt auf der Stelle.
Sterntag vs. Sonnentag
Es gibt zwei verschiedene Definitionen eines „Tages“:
- Sterntag (siderischer Tag): Die Zeit für eine vollständige Umdrehung relativ zu einem Fixstern. Dauer: 23 Stunden, 56 Minuten und 4,1 Sekunden.
- Sonnentag: Die Zeit, bis die Sonne wieder am selben Punkt am Himmel steht. Dauer: genau 24 Stunden.
Der Unterschied von rund 4 Minuten entsteht, weil sich die Erde während einer Umdrehung auch ein Stück auf ihrer Bahn um die Sonne vorwärtsbewegt. Sie muss sich daher ein kleines Stück weiter drehen, bis die Sonne wieder in derselben Position erscheint.
Verlangsamt sich die Erdrotation?
Ja – und zwar messbar. Die Erde dreht sich im Durchschnitt um etwa 1,4 Millisekunden pro Jahrhundert langsamer. Der Hauptgrund sind die Gezeitenkräfte von Mond und Sonne: Die Gravitation zieht an den Weltmeeren und türmt Wassermassen auf, die als „Bremse“ auf die rotierende Erde wirken.
Im Ergebnis war ein Tag zu Zeiten der Dinosaurier (vor 65 Millionen Jahren) nur rund 23,5 Stunden lang. Noch weiter zurück – in der Frühphase der Erde – dauerte ein Tag vermutlich nur 6 Stunden.
Umgekehrt gibt die Erde ihre Energie an den Mond ab: Dieser entfernt sich dadurch jedes Jahr um etwa 3,8 Zentimeter von uns.
Warum brauchen wir Schalttage und Schaltsekunden?
Ein Erdumlauf um die Sonne dauert nicht genau 365 Sonnentage, sondern etwa 365,2422 Tage. Um den Kalender mit dem Sonnenjahr synchron zu halten, fügen wir alle vier Jahre einen Schalttag (29. Februar) ein. Für die verbleibende Abweichung gibt es das Schaltjahrsystem mit weiteren Ausnahmen (z.B. kein Schalttag bei durch 100 teilbaren Jahren, außer bei durch 400 teilbaren).
Zusätzlich gibt es Schaltsekunden: Da die Erdrotation nicht exakt konstant ist, fügt der internationale Dienst für Erdrotation (IERS) gelegentlich eine Schaltsekunde ein – zuletzt diskutiert, ob man das 2035 abschafft, weil moderne Netzwerke damit schlecht umgehen können.
Massenverlagerungen verändern die Rotation
Die Erdrotation ist nicht nur durch Gezeitenkräfte beeinflusst, sondern auch durch interne Massenverlagerungen. Große Erdbeben können die Rotation messbar beschleunigen oder verlangsamen. Das Erdbeben in Chile 2010 (Stärke 8,8) verkürzte den Tag um etwa 1,26 Mikrosekunden. Auch das Abschmelzen von Gletschern durch den Klimawandel verlagert Massen und beeinflusst die Rotationsachse.
Am Äquator bewegt sich die Erdoberfläche mit rund 1.670 km/h nach Osten. In Deutschland (ca. 51° Nord) sind es noch etwa 1.050 km/h. Am Pol beträgt die Bahngeschwindigkeit null.
Die Erdrotation stammt aus der Entstehung des Sonnensystems: Eine rotierende Gaswolke kollabierte und beschleunigte sich dabei durch Drehimpulserhaltung – ähnlich wie ein Eisläufer, der die Arme anlegt. Jeder Planet behielt seine individuelle Eigendrehung.
Ja, um etwa 1,4 Millisekunden pro Jahrhundert. Schuld sind die Gezeitenkräfte von Mond und Sonne, die als Bremse wirken. Zu Zeiten der Dinosaurier dauerte ein Tag nur rund 23,5 Stunden.
Der Sterntag (23 h 56 min) ist die Zeit für eine vollständige Umdrehung gegenüber einem Fixstern. Der Sonnentag (24 h) ist die Zeit, bis die Sonne wieder an derselben Position steht. Die 4 Minuten Unterschied entstehen, weil die Erde sich auch auf ihrer Bahn um die Sonne bewegt.
Ein Erdumlauf um die Sonne dauert 365,2422 Tage – nicht genau 365. Ohne Schalttage würde der Kalender jährlich um rund 6 Stunden driften, und nach 700 Jahren wäre der 21. Juni mitten im Winter.
