Hier folgen nun einige Fragen, die mir per eMail zugesendet worden sind. Wenn ihr auch Fragen über die Sonne (oder über andere astronomische Dinge) habt,dann schreibt mir einfach eine Mail. Die Antwort kommt so schnell wie möglich auf gleichem Weg zurück :-).
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Frage: Hallo! Ich mache z.Zt. ein Praktikum in der Grundschule und durch eine Geschichte sind wir auf das Thema Sonne und Sonnenstrahlen gekommen. Die Kinder möchten nun gerne wissen, wie lange ein Sonnenstrahl von der Sonne bis zur Erde braucht. Außerdem interessiert uns noch, warum es am Äquator so heiß ist. Hat das auch etwas mit der Sonne zu tun? Es wäre toll, wenn ihr uns die Fragen beantworten könntet. Viele Grüße sendet Euch die Klasse 4b, der Grundschule Lindenbornstraße in Köln-Ehrenfeld! |
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Antwort: 1. zu der Laufzeit des Lichtes von der Sonne zur Erde: Sonnenstrahlen, also Licht oder noch allgemeiner elektromagnetische Wellen haben eine Geschwindigkeit von fast 300.000 Kilometer pro Sekunde. Bei einer mittleren Sonnenentfernung von 150 Millionen Kilometer braucht das Licht 500 Sekunden, also etwa 8 Minuten. Ein Düsenjet, der mit einer Geschwindigkeit von 2000 Km/h fliegt, würde bis zur Sonne etwa 8,5 Jahre brauchen. 2. Warum ist es am Äquator so warm? Auf diese Frage gibt es zwei Antworten. Zum einen steht die Sonne am Äquator Mittags höher am Himmel als weiter nördlich oder südlich, d.h. sie legt im laufe des Tages einen weiteren Weg zurück und braucht dafür natürlich auch mehr Zeit. Sie ist also länger sichtbar und scheint demnach auch mehr Stunden am Tag als z.B. bei uns. Zum anderen treffen die Sonnenstrahlen am Äquator nicht so "schräg" auf die Erde. Aus rein geometrischen Gründen fallen deshalb mehr Lichtstrahlen (also auch mehr Wärme) auf die gleiche Fläche, als weiter "oben" oder "unten" auf der Erdkugel. Das folgende Bild soll dies verdeutlichen.
Die roten Flächen sind gleich groß, trotzdem fallen auf die obere Fläche weniger Sonnenstrahlen als auf die untere. Anmerkung: Die Sonnenstrahlen treffen am Äquator nicht unbedingt, wie in dem Bild skizziert, senkrecht auf die Erde sondern in einem Winkel von bis zu 23,5°, denn um soviel ist die Erdachse gegenüber der Umlaufebene geneigt. Da sich die Lage der Erdachse (abgesehen von ihrer Präzessionsbewegung mit einer Periode von 26.000 Jahren) während eines Jahres nicht ändert schwankt der theoretisch wärmste Punkt der Erde zwischen 23,5° nördlicher und südlicher Breite (in einem Jahr zeigt einmal die Süd- und einmal die Nordhalbkugel in Richtung Sonne). Theoretisch deshalb, weil nicht nur die Sonnenleistung, sondern auch irdische Gegebenheiten für die Temperaturen verantwortlich sind (z.B. Meeresströmungen, Beschaffenheit der Erdoberfläche). [nach oben] |
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Frage: Hi Jovalli, die Sonnenfinsternis am 11.08.1999 hat mich begeistert, auch wenn alles bewölkt war. Wieso gibt es Sonnenfinsternisse eigentlich so selten? Der Mond schiebt sich doch jeden Monat zwischen die Sonne und die Erde. cya. |
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Antwort: Der Mond schiebt sich jeden Monat nicht genau zwischen Sonne und Erde. Bei Neumond, steht dieser zwar in Sonnenrichtung, aber teliweise unter oder über der Sonne, denn die Mondbahn liegt nicht in der gleichen Ebene wie die Erdbahn. Aus diesem Grund fällt nicht immer der Mondschatten auf unseren Planeten. [nach oben] |
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Frage: Tja, vielleicht steht es auf deiner Page und ich habe es überlesen. aber ich hätte da mal eine Frage: Wird die Sonne im laufe der Zeit wärmer, kühlt sie langsam aber stetig ab oder verändert sich ihre Temperatur bis zu ihrem Zusammenfall überhaupt nicht? |
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Antwort: Wenn man mal von kleinen Schwankungen der Temperatur absieht, so ändert sich diese (siehe unten) die nächsten 5 Milliarden Jahre nicht (+/- ein paar millionen Jahre *g*). Danach hat die Sonne ihren Brennstoffvorrat, den Wasserstoff verbraucht und es werden andere Atomkerne "verbrannt" (Kernfusion). Dabei wird weniger Energie frei und der Kern der Sonne zieht sich zusammen. Potentielle Energie wird bei diesem Vorgang in kinetische umgewandelt, diese wiederum sorgt dafür, daß sich die äußeren Schichten der Sonne ausdehnen. Die Sonne wird also größer und damit - für uns Menschen auf der Erde - erstmal wärmer (ein großes nahes Feuer ist halt nun mal wärmer als ein kleines, welches auch noch weiter weg ist). Die Sonne wird sich über die Erdbahn hinaus ausdehnen und die Erde sozusagen verschlucken; es entsteht ein sogenannter "Roter Riese". Der immer kleiner werdende Sonnenkern bleibt als extrem dichter und schwerer "Weißer Zwerg" zurück (ein Fingerhut Material von diesem Zwerg würde mehrere tausend Tonnen wiegen). Ein Indiz, daß sich die Temperatur der Sonne innerhalb weniger tausend Jahre ganz geringfügig ändern kann, sind Eiszeiten (und Warmperioden) die es schon gab. Jedoch könnte dies auch andere Ursachen haben (geringe Änderungen der Achsenneigung der Erde, Verschiebungen von Meeresströmungen und andere irdische Phänomene). [nach oben] |
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Frage: Hallo ich bin noch Schüler und fand deine Sonnenseiten ganz toll! Über Schwarze Löcher hätte ich gerne noch mehr gewußt. Was sind das genau? Kannst du mir das sagen? Gruß Timmy |
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Antwort: Schwarze Löcher sind Singularitäten. Eine Singularität ist eine mathematische Beschreibungen eines Objektes, welches keine Ausdehnung hat (also unendlich klein ist) aber trotzdem eine Masse hat (also einfach ausgedrückt, etwas wiegt). So etwas ist schwer zu erklären und auch schwer zu verstehen, deshalb hier ein etwas längerer Erklärungsversuch. Die Fluchtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die ein Flugkörper braucht um z.B. einen Planeten zu verlassen. Bei der Erde sind dies 11,3 km pro Sekunde (etwas über 40000 km/h). Mit anderen Worten, wenn ein Ball mit 11,3 km pro Sekunde vom Erdboden aus nach oben geworfen wird, dann fällt er nicht mehr zurück, sondern fliegt in den Weltraum hinaus. Die Fluchtgeschwindigkeit hängt von der Masse des anziehenden Objektes (in unserem Beipiel die Erde) und von dem Abstand zum Massezentum (Erdmittelpunkt) ab. Wenn die Erde schwerer wäre, dann wäre auch die Fluchtgeschwindigkeit größer; würden wir den Ball in einer großen Höhe wegwerfen, dann müßten wir nicht so stark werfen. Machen wir ein Gedankenexperiment: Verkleinern wir den Erdradius und vergrößern die Erdmasse immer weiter, die Fluchtgeschwindigkeit wird dadurch zwangsläufig immer größer werden. Irgendwann wäre ein Wert erreicht, der so groß ist, wie die Geschwindigkeit des Lichtes (also der größtmöglichen Geschwindigkeit die erreicht werden kann). Wir haben in Gedanken nun ein Objekt geschaffen, das so schwer und klein ist, das nicht einmal mehr das Licht davon wegkommen kann. Es ist ein Schwarzes Loch entstanden. Dieses ist unsichtbar, weil ja keinerlei Strahlung davon wegkommen kann. Die Größe eines solchen Schwarzen Loches hängt lediglich von seiner Masse ab, denn die Fluchtgeschwindigkeit ist ja nur bestimmt durch die Entfernung zum Zentrum (d.h. durch den Radius, also der Größe) und eben der Masse eines Objektes. Der kritische Radius, also die Entfernung, ab der nichts mehr nach außen gelangen kann, wird Schwarzschildradius (benannt nach einem frankfurter Physiker) oder Ereignishorizont genannt. In der Natur entstehen Schwarze Löcher vermutlich beim Zusammensturz von sehr massereichen, sterbenden Sternen. [nach oben] |
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Frage: Wir hätten da mal eine Frage! Sie klingt vielleicht ein bißchen doof, aber eine uns nahestehende Person behauptet zur Zeit, daß die Sonnenstrahlen im Winter stärker/wärmer sind als im Sommer. Sag uns bitte, das der absolut unrecht hat und absoluten Blödsinn erzählt ... er will das nämlich schriftlich haben !!! Bianca&Nadja |
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Antwort: ich würde euch ja gerne Antworten, daß euer Bekannter Blödsinn erzählt ;-), kann es jedoch nicht, denn er hat recht mit seiner Behauptung. Die Intensität (also die "Stärke") der Sonnenstrahlen ist, wenn sie auf die Erde treffen, im Winter wirklich etwas größer als im Sommer (ca. 8%). Der Grund ist, daß die Entfernung der Sonne von der Erde im Winter etwas kleiner ist als im Sommer (wegen der elliptischen Umlaufbahn unseres Planeten) und daß die Intensität des Lichtes mit dem Abstand abnimmt. Mit anderen Worten, je weiter eine Lichtquelle weg ist, desto schwächer leuchtet sie. Ist ja auch irgendwie logisch; schaut Nachts einfach mal die Straße entlang, die nahen Laternen sind viel heller als die, die weiter weg sind. Der geringste Abstand von Sonne und Erde ist im Dezember, die Sonne ist uns dann etwa fünf Millionen Kilometer näher als im Juli. Verglichen mit dem mittleren Abstand von rund 150 Millionen Kilometer ist dies jedoch nicht viel. Warum ist es aber dann im Winter kälter als im Sommer? Dies hat zwei Gründe, zum einen sind die Tage im Winter kürzer, die Sonne wärmt die Erde also nicht so lang wie im Sommer, zum anderen fallen aus geometrischen Gründen im Winter weniger Lichtstrahlen auf die Erde. Ich hoffe ihr seid nicht allzu traurig, manchmal haben eben Männer (Jungs) doch recht ;-). [nach oben] |
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Frage: zwei Fragen von Nicole. 1) Welche Strahlungen sendet die Sonne aus? 2) Welche Strahlungen gelangen bis zur Erdoberfläche, welche nicht? |
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Antwort: zu 1) Unsere Sonne sendet Strahlung in fast allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums aus (Radiowellen, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Röntgen- und Gammastrahlung). Die meiste Strahlung wird im sichtbaren Bereich (gelbes Licht - deshalb auch die Farbe der Sonne) abgegeben. Die Atmosphäre der Sonne (Korona) erreicht Temperaturen von 1-2 Million Grad und "leuchtet" im energiereichen Röntgenlicht. Flares - heftige Explosionen knapp über der Sonnenoberfläche heizen die Korona auf bis zu 20 Millionen Grad auf. Solche Bereiche geben dann neben Röntgenstrahlung auch Gammastrahlung ab. zu 2) Energiereiche UV-, Röntgen- und Gammastrahlung kommen nicht bis zur Erdoberfläche, sie werden von unserer Atmossphäre absorbiert. Ein Teil des ultravioletten Lichtes gelangt jedoch bis zum Boden. Dieser Teil der ankommenden Srahlung ist für die Sonnenbräune und leider auch für den Sonnenbrand oder gar Hautkrebs verantwortlich. In der äußeren Erdatmosphäre absorbiert das Sauerstoffmolelül Ozon in der Regel (Ausnahme im Ozonloch in den Polregionen) den größten Teil des UV-Lichtes. Auch ein Großteil der niederenergetischen Radiowellen gelangt - zur Freude der Funker und Fernseh/Radiosender - nicht bis an die Erdoberfläche. Sonnenlicht ist warm! Wärmestrahlung, auch Infrarot genannt, gelangt zum Teil durch die Atmosphäre. |
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Nachtrag/Frage: Es wird nichts über die Gamma-Strahlung ausgesagt bei ihrer Erklärung der auftreffenden Sonnenstrahlung auf die Erde. Wie wird die Gamma-Strahlung von der Erde absorbiert? Sie ist doch sehr hart und energiegeladen und durchdringt die meisten Stoffe dieser Erde. Wird die Gamma-Strahlung auch von der Ozonschicht aufgefangen und absorbiert. Wie ist das möglich? Oder gibt es elektromagnetische Einflüsse? Mir scheint die Absorption mit der Ozonschicht nicht plausibel zu sein. Vielleicht könnten sie mir eine bessere Erklärung geben. Danke. Mit freundlichen Grüssen Roland |
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Antwort: Die Fragen reichen schon fast in das Gebiet der Festkörperphysik und Kernphysik. Ich versuche es trotzdem mal anschaulich zu erklären. Röntgen und besonders Gammastrahlung dringen wegen ihrer hohen Energie weit in die Materie ein, eine Absorption findet aber trotzdem statt (Photoeffekt: ein Gammaquant wird von einem gebundenen Elektron eines Atoms absorbiert). Es gilt: Je mehr Elektronen ein Atom hat, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit einer Absorption. Aus diesem Grund funktionieren Röntgenapparate; die "schweren" Atome der Knochen absorbieren die Röntgenstrahlung stärker als die leichteren Atome des restlichen menschlichen Körpers. Gammastrahlen gelangen außerdem nicht geradlinig durch die Atmosphäre, sie werden gestreut und verlieren dadurch Energie. Dies nennt man Compton-Effekt (= elastische Streuung eines Gammaquants an einem freien Elektron. Im allgemeinen sind die Elektronen zwar in Atomen gebunden, aber zumindest bei den äußeren Elektronen eines Atoms kann die Bindungsenergie vernachlässigt werden. Man spricht dann von quasifreier Streuung). D.h. Gammaquanten legen einen sehr weiten Weg in der Atmosphäre zurück (Zickzack-Kurs wegen des Compton-Effekts) und werden deshalb - trotz der geringen atmosphärischen Dichte und der "leichten" Elemente - fast komplett absorbiert (auf dem Mt. Everest, fast 9 km über dem Boden sind nur noch etwa 1% aller Gammas vorhanden, an der Erdoberfläche vernachlässigbar wenige). Hinzu kommt noch, daß wie oben schon geschrieben die Gammaquanten, Energie beim Compton-Effekt verlieren und dadurch der Photoeffekt, d.h. die Absorption wahrscheinlicher wird. Es gilt: Je niedriger die Gammaenergie, desto größer die Wahrscheinlichkeit einer "Reaktion". Beide Effekte, Compton- und Photoeffekt, sorgen dafür, daß die tödliche hochenergetische Strahlung nicht zur Erde gelangt und somit überhaupt Leben (wie wir es kennen) auf unserem Planeten entstehen konnte. Elektromagnetische Einflüsse gibt es keine, denn Gammastrahlung ist elektromagnetsiche Strahlung und besitzt keine Ladung. Nur geladene Teilchen werden durch magnetische Felder wie z.B. das Magnetfeld der Erde beeinträchtigt. [nach oben] |
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Frage: Ist es richtig, dass die Sonne umso "schneller" untergeht, je näher man am Äquator ist? Warum ist das so? Ich freu mich auf eure Antwort. Daniela |
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Antwort: Die Sonne steht am Äquator höher am Himmel, als in nördlicheren oder südlicheren Breiten. Das bedeutet, daß der Winkel mit dem die Sonne untergeht am Äquator größer ist als anderswo, d.h. sie geht schneller unter, weil der Weg den sie zum versinken braucht nicht so lang ist (siehe Bild). Aus diesem Grund ist im Winter die Dämmerung (nur die Dämmerung, nicht der Tag) auch länger als im Sommer. Durch den spitzen Untergangswinkel (im Winter) bleibt die Sonne länger nahe am Horizont.
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Frage: Sehr geehrte Damen und Herren, da wir für eines unserer Bauvorhaben die genauen Winkel der Sonne zur Sommer- und Winterwende, für eine Lamellenberechnung benötigen, bitten wir Sie, uns diese per E-mail zu nennen [...] |
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Antwort: Der Herr antwortet mal ;-) ... Definition: Sonnenwende = Tag des Sommer- oder Winterbeginns, wenn die Sonne ihren höchsten oder tiefsten Stand erreicht hat (Sommersonnenwende, Wintersonnenwende) Wichtig für die Berechnung ist noch die Neigung der Erdachse gegen die Umlaufebene der Erde um die Sonne. Diese beträgt 23,5°. Das "Schiefstehen" unseres Planeten ist übrigens der Grund für die Jahreszeiten (siehe dazu auch die nächste Frage). Der Winkel, der in der Frage gemeint ist, ist der maximale Winkel zwischen Horizont und Blickrichtung zur Sonne, also die Sonnenhöhe (in der Skizze der gelbe Bereich). Der Horizont ist mathematisch die Tangente des jeweiligen Breitengrades (d.h. der Winkel zwischen geografischer Breite und Horizont beträgt immer 90°). In diesem Beispiel wurde eine Breite von 50° (Frankfurt) angenommen. Berechnung der maximalen Sonnenhöhe zur Wintersonnenwende (Skizze oben): 90° - geografische Breite - Winkel (Äquator/Richtung Sonne). Berechnung der maximalen Sonnenhöhe zur Wintersonnenwende (Skizze unten): 90° - geografische Breite - Winkel (Äquator/Richtung Sonne).  
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Frage: Hallo Jovalli, Wir müssen für das Schulfach "Klima" eine Arbeit abgeben und hätten dazu ein paar Fragen: 1. Warum ist es bei uns im Winter kälter als im Sommer? hat das was mit der Entfernung der Sonne zur Erde zu tun? Vielleicht mit irgendwelchen Winkeln? gibt es noch andere Gründe? 2. Wie hat man eigentlich herausgefunden, dass die Erde sich im Januar näher an der Sonne befindet als im Juni? Vielen, vielen Dank! Sarah, Frauke und Julia |
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Antwort: zu Frage 1: Das es im Winter kalt ist, hat nichts mit dem Abstand der Sonne von der Erde zu tun. Denn wie Ihr selbst schreibt, ist dieser Abstand im Januar (Winter) geringer als im Juni (Sommer). Bedingt durch die Neigung der Erdachse gegenüber der Umlaufbahn (siehe dazu auch die vorherige Frage) erreicht die Sonne im Sommer eine größere Höhe als im Winter (Bild 1: rechts), d.h. die Sonne ist länger am Himmel (lange Tage, kurze Nächte) und spendet so mehr Licht und Wärme. Dies ist der erste Grund für den warmen Sommer. Durch den spitzen Winkel, den die Sonne im Winter hat, trifft weniger Licht, bzw. Strahlung auf die Erde als im Sommer (Bild 1: links). Weniger Strahlung bedeutet natürlich auch weniger Wärme. Dies ist der zweite Grund.
Anmerkung: Auf der Südhalbkugel ist es genau anders herum. Dort ist im Januar Sommer und im Juni Winter. zu Frage 2: Wenn man sich den Kalender anschaut, dann merkt man, daß die Jahreszeiten unterschiedlich lang sind. Der Astronom Johannes Keppler entdeckte bereits am Anfang des 17. Jahrhunderts den Zusammenhang zwischen den Umlaufzeiten der Planeten, der Umlaufgeschwindigkeit und deren Entfernung zur Sonne. Es sind die sog. Kepplerschen Gesetze (siehe unten). Der Winter ist kürzer als der Sommer, das bedeutet, die Erde läuft in dieser Zeit schneller um die Sonne. Nach den Kepplerschen Gesetzen muß der Abstand Erde - Sonne demnach im Winter kleiner sein als im Sommer. Das ganze kommt durch die nicht kreisförmige - sondern elliptische - Umlaufbahn unseres Planeten zustande (siehe Bild 2).
Kepplersche Gesetze:
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