Opus two

KAPITEL 2
Die Erde

Teil 1 Unser Planet, die Erde

Der "blaue Planet" im Sonnensystem, unsere Erde, liegt der Sonne am drittnächsten und ist der fünftgrößte Planet im System. Er ist innerhalb des Sonnensystems vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstanden, ein "leicht verzögertes Ergebnis" des Urknalls vor circa 13,8 Milliarden Jahren. Wenn wir in solchen Dimensionen sprechen, ist zu bedenken, dass das Universum unendlich erscheint, und in der Unendlichkeit sind Milliarden relativ gesehen keine bedeutende Größe. Für uns Menschen, mit unseren kurzen endlichen Leben, sind Milliarden jedoch viel: Milliarden Jahre, Milliarden Euro oder Dollar, Milliarden Menschen, Milliarden Kilometer etc. - alles erscheint uns kaum begreiflich und passt nicht in unser begrenztes Vorstellungsvermögen.

Die Erde

Der Durchmesser der Erde beträgt mit 12.742 Kilometern ungefähr ein Prozent des Sonnendurchmessers. Die Entfernung zwischen Sonne und Erde ist durchschnittlich knapp 150 Millionen Kilometer, was in der astronomischen Sprache einer Astronomischen Einheit (AE) (oder einer AU = Astronomical Unit) entspricht. Die Sonne hat einen Durchmesser von circa 1,4 Millionen Kilometern und hat eine Masse, die dem 750-fachen der Gesamtmasse aller Planeten im Sonnensystem entspricht, das heißt, sie ist 750-mal so schwer wie alle Planeten im Sonnensystem zusammen.

Unser Erdplanet zieht mit weiteren 8 Planeten in elliptischen Bahnen um die Sonne, im Falle der Erde einmal im Jahr, mit einer Geschwindigkeit von durchschnittlich etwas über 107.000 Kilometern pro Stunde, und legt dabei etwa 940 Millionen Kilometer zurück. Wir befinden uns mit an Bord, ohne dass wir uns dessen bewusst sind. Dass wir die riesige Geschwindigkeit nicht wahrnehmen, liegt an der Tatsache, dass sich alle Objekte um uns auf der Erde in einem Inertialsystem mit derselben Geschwindigkeit bewegen. Uns fehlt ein Bezugspunkt für die eigene Geschwindigkeit. Das gleiche Empfinden erleben wir im Kleinen zum Beispiel bei einer Zugreise. Der Passagier im Zug bemerkt die Geschwindigkeit nicht oder kaum und kann sich im Eisenbahnwaggon frei bewegen, während ein Beobachter, beispielsweise in der Nähe des Bahnhofs, die Geschwindigkeit eines vorbeifahrenden Zuges wahrnimmt. Bedingt durch den elliptischen Orbit der Erde um die Sonne, verändert die Erde ihre Umlaufgeschwindigkeit; je näher die Erde der Sonne kommt (Perihel = sonnennächster Punkt), umso größer wird ihre Bahngeschwindigkeit. Bei der Betrachtung der Entfernung zwischen Sonne und Erde von einer Astronomischen Einheit ist zu berücksichtigen, dass die AE den direkten Weg beschreibt, während die Erdumlaufbahn einem Kreis beziehungsweise einer Ellipse entspricht.

Die Grundlage für unsere Zeitrechnung bilden im Wesentlichen zwei mathematischastronomische Zeiteinheiten, der Sonnentag und das Tropische Jahr. Ein Sonnentag entspricht der Periode einer Erdrotation mit ihrem Tag-Nacht-Zyklus. Messpunkt ist der Sonnenhöchststand. Auf dieser Basis erfolgt die verbindliche Unterteilung des Tages in Stunden, Minuten und Sekunden.

Die zweite Zeiteinheit, das Tropische Jahr mit ihren 365,24219052 Tagen, entspricht einem Sonnenorbit der Erde. Messpunkt ist der sogenannte Frühlingspunkt. In der Astronomie ist der Frühlingspunkt der Schnittpunkt des Himmelsäquators mit der Ekliptik, und die Erde erreicht den Frühlingspunkt stets im März, der den Frühling einleitet.

In knapp 24 Stunden dreht sich die Erde einmal um ihre eigene Achse Die Rotationsachse ist gegenüber der Bahnebene um circa 23,4 Grad geneigt, somit wenden sich Nord- und Südhalbkugel abwechselnd der Sonne zu. Dadurch entstehen Tag und Nacht; wenn unser Standort auf der Erde zur Sonne zeigt, ist es hell, also Tag; wenn sich der Standort durch Drehung abwendet, sehen wir die Sonne "untergehen" und es wird dunkel, also Nacht. Bis in das späte Mittelalter dachten die Menschen, die Erde ist das Zentrum und die Sonne dreht sich um die Erde: Sie erscheint am Morgen im Osten und verschwindet am Abend im Westen. Die Sonne geht jedoch nicht unter, in Wirklichkeit drehen wir uns am Morgen von unserem Standort mit der Erde in Richtung Osten und erblicken die Sonne aufs Neue, Tag für Tag, und sehen sie am Abend im Westen vermeintlich "untergehen".

Im Sommer sind die Tage lang und die Nächte kürzer. Die Erde hat somit im Sommer mehr Zeit, sich aufzuwärmen. Im Winter sind die Sonnenstrahlen schwächer, weil die Sonne tiefer am Himmel steht. Somit trifft die Strahlung mit der Wärme in einem flacheren Winkel auf die Erdoberfläche und verteilt sich weitflächiger. Im europäischen Sommer steht die Sonne um die Mittagszeit geometrisch zwischen 60 und 65 Grad über dem Horizont, im Winter sind es nur zwischen 13 und 18 Grad.

Einfallswinkel der Sonne in Europa am Mittag im Sommer, circa 60-65 % über dem Horizont

Ein zusätzlicher Faktor für geringere Temperaturen im Winter ist die flache Sonneneinstrahlung, die einen längeren Weg durch die Erdatmosphäre zurückzulegen hat und dabei an Energie verliert. Dagegen steht die Sonne im Sommer hoch am Himmel und die Strahlung erfolgt mit viel Energie steil auf die Erdoberfläche. Auch hier kommt es wieder auf unseren jeweiligen Standort auf der Erde an, das heißt, ob er zur Sonne geneigt ist oder nicht. Während beispielsweise auf der Nordhalbkugel Sommer und Hitze herrschen, ist es auf der gegenüberliegenden Südhälfte Winter mit niedrigen Temperaturen. Nur um den Äquator ändert sich über das gesamte Jahr wenig, weder Tageslänge noch Sonnenstand.

Den sonnennächsten Punkt der Erde im Orbit nennt die Wissenschaft das Perihel und es wird am 3 Januar erreicht. Der sonnenfernste Punkt, das Aphel, um den 5 Juli. Demzufolge bestimmt nicht die Entfernung zur Sonne die Jahreszeiten auf der Erde, wie man annehmen könnte, sondern die Neigung der Rotationsachse.

Himmelskörper dienen seit Urzeiten als Bezugspunkte für unsere Zeitrechnung, ob Tag, Monat oder Jahr. Um ein Jahr zu definieren, richten wir uns nach dem Orbit der Erde um die Sonne. Grundlage ist die Messung des Sonnenstands. Beginnt man zum Beispiel mit der Beobachtung zur Frühjahrs-"Tagundnachtgleiche" am 21. März (auch als Äquinoktium bezeichnet), dann vergehen 365 Tage, bis die Sonne von der Erde wieder in der gleichen Position zu sehen ist. Die Erde hat die Sonne einmal umkreist. Über die Zeit erkannten die Gelehrten, dass die Sonne nicht mehr genau an der ursprünglich definierten Stelle steht. Dadurch entstanden Ungenauigkeiten und Herausforderungen für die Astronomen und Mathematiker, die für die Kalenderkontrolle zuständig waren. Erst im 20. Jahrhundert wurde, dank moderner computergestützter Messverfahren, das Jahr mit 365,24219052 Tagen verbindlich präzisiert. Übrigens, im alten China wurde ein annähernd genaues Ergebnis ohne Computer bereits im 4. Jahrtausend BCE ermittelt und registriert. In Europa wurde die kumulative Zeitabweichung von rund einem viertel Tag pro Jahr "grob" korrigiert, als Papst Gregor XIII im Jahr 1582 den Kalender reformierte ("Gregorianischer Kalender") und das Schaltjahr mit einem zusätzlichen Tag, dem 29. Februar, einführte.

Nun stellt sich noch die Frage, warum die Erde, und überhaupt die meisten Himmelskörper, kugelförmig sind. Verantwortlich dafür ist die allgegenwärtige Gravitation, die alle Massen anzieht. Als die Planeten aus flüssiger heißer Materie (Planetesimale), die Restmaterie der Sonne, zusammen mit herumschwirrenden Gesteinsbrocken entstanden, formten sie sich in einem langen Prozess. Schwerkraft wirkt in alle Richtungen gleich stark und mit Hilfe der extremen Rotation entstanden gleichförmige Kugeln, wenn auch in unterschiedlichen Größen. Die Größe war wiederum abhängig von der vorhandenen Materie in der Region des entstehenden Sterns.

Die derzeitige Erdatmosphäre besteht zu circa 78 Prozent aus Stickstoff und zu 21 Prozent aus Sauerstoff sowie aus etwas Argon und Spuren von Aerosolen. Wie in Teil sechs dieses Kapitels behandelt, befinden wir uns in der Phase einer schleichenden Klimaveränderung. Trotzdem schützt uns diese Hülle vor Gefahren aus dem Weltall, vor der elektromagnetischen Strahlung der Sonne jenseits der UV-Strahlung und vor der hochenergetischen Teilchen- und Gammastrahlung aus dem Weltall. Diese Strahlen sind in höchstem Maße schädlich für Lebewesen, da sie die Zellstrukturen beschädigen und verändern können. Zusätzlich bietet die Erdatmosphäre einen gewissen Schutz gegen Meteoriteneinschläge aus dem Weltall oder dämpft deren Aufprall.

Unsere Nachbarplaneten sind nach den griechisch-römischen Göttern benannt, in der Reihenfolge von der Sonne aus gesehen: Merkur - Venus - unsere Erde -...