Sonnensystem, Erdrotation und Jahreszeiten

Das Sonnensystem und die Erde — Grundlagen für die Navigation

Für die Navigation ist das Verständnis der Bewegung der Erde im Sonnensystem wichtig, weil:

• Position der Sonne bestimmt Tageslicht und Sicht­bedingungen,
• Jahreszeiten beeinflussen Sonnenauf- und -untergang,
• Erdrotation ist die Grundlage der Zeit­messung,
• Magnetische Abweichung (Variation) ändert sich langsam aufgrund der Erdkern-Strömung.

Die Erde

Aufbau:

• Erdkern (innerer fester Kern + äußerer flüssiger Kern, hauptsächlich Eisen),
• Erdmantel (silikatisches Gestein),
• Erdkruste (kontinentale + ozeanische Kruste).

Form:

• Geoid — die tatsächliche Form, leicht abgeflacht an den Polen.
• Ellipsoid — vereinfachtes mathematisches Modell (WGS-84 in der Luftfahrt).
• Äquatorradius: 6 378 km.
• Polradius: 6 357 km.
• Abflachung: ca. 1/298.

Achse:

• Die Erdachse verläuft durch Nord- und Südpol.
• Geneigt um ca. 23,5° zur Senkrechten der Bahnebene (Ekliptik).
• Diese Neigung ist die Hauptursache für die Jahreszeiten.

Erdrotation — Tag und Nacht

Eigenschaften:

• Erde rotiert von West nach Ost (von oben gesehen entgegen dem Uhrzeigersinn).
• Eine vollständige Rotation dauert ca. 23 h 56 min 4 s (Sterntag).
• Mittlerer Sonnentag (von Mittag zu Mittag) = 24 h (durch zusätzliche Bahnbewegung 4 min länger).
• Rotations­geschwindigkeit am Äquator: ca. 1 670 km/h (465 m/s).

Tag-Nacht-Grenze (Terminator):

• Trennt beleuchtete und dunkle Erdhälfte.
• Wandert mit 360°/24 h = 15°/h nach Westen über die Erde.

Beispiel: New York liegt 5 Stunden zeitlich nach Berlin → 5 × 15° = 75° westlich.

Erdumlauf um die Sonne

Eigenschaften:

• Eine Erdumlaufbahn (Revolution) um die Sonne dauert ca. 365,25 Tage (Schaltjahr-Korrektur).
• Bahn ist elliptisch, nicht kreisförmig.
• Perihel (Sonnennähe): ca. 3. Januar — Erde 147 Mio km von der Sonne.
• Aphel (Sonnenferne): ca. 4. Juli — Erde 152 Mio km von der Sonne.

Achsenneigung der Erde verursacht die Jahreszeiten — NICHT die unterschiedliche Entfernung zur Sonne!

Die Jahreszeiten

Aufgrund der 23,5° Achsenneigung sieht der Pol unterschiedlich viel Sonne im Jahresverlauf:

Nordhemisphäre

Sommer-Sonnenwende (Sommer-Solstitium) — ca. 21. Juni:

• Nordpol zur Sonne geneigt.
• Längster Tag im Norden.
• Sonne erreicht den Wendekreis des Krebses (23,5° N).
• Mitter­nachts­sonne nördlich des Polarkreises (66,5° N).

Herbst-Tag-und-Nacht-Gleiche (Herbst-Äquinoktium) — ca. 23. September:

• Sonne genau über dem Äquator.
• Tag = Nacht weltweit.

Winter-Sonnenwende (Winter-Solstitium) — ca. 22. Dezember:

• Nordpol von Sonne weg geneigt.
• Kürzester Tag im Norden.
• Sonne erreicht den Wendekreis des Steinbocks (23,5° S).
• Polar­nacht nördlich des Polarkreises.

Frühlings-Tag-und-Nacht-Gleiche — ca. 21. März:

• Sonne wieder über dem Äquator.

Südhemisphäre

Spiegelbild zur Nordhemisphäre — wenn in Berlin Sommer ist, ist in Buenos Aires Winter.

Auswirkungen für Piloten

Tageslicht-Dauer

Mittlere Breiten (z. B. 50° N, Mitteleuropa):

• Sommer: bis zu 17 h Tag (am 21. Juni).
• Winter: nur 7,5 h Tag (am 22. Dezember).

Konsequenz: Streckenflüge in der Wintersaison erfordern strikte Zeitplanung bezüglich Sonnenuntergang.

Sonnenstand

Sonnenhöhe am Mittag (am Beobachterort, Sonne im Süden):

• Sommer-Solstitium: 90° − Breite + 23,5°. Berlin (52,5° N): 90° − 52,5° + 23,5° = 61°.
• Winter-Solstitium: 90° − Breite − 23,5°. Berlin: 90° − 52,5° − 23,5° = 14°.

Konsequenz: Im Winter steht die Sonne im Süden flach → starke Blendung beim Anflug auf Süd-Pisten.

Sonnen-Wind und Magnetische Variation

Die Sonnenaktivität (Sonnenflecken, Korona, koronale Massenauswürfe) beeinflusst:

• Ionosphäre → Ausbreitung von HF-Funkwellen,
• Erdmagnetfeld → leichte Schwankungen der Magnetdeklination,
• GPS-Genauigkeit bei schweren Sonneneruptionen.

Während eines Sonnenflecken-Maximums (alle 11 Jahre) ist die Funkkommunikation auf HF gestört, GPS kann reduzierte Genauigkeit haben.

Polarnacht und Polartag

In Regionen nördlich des Polar­kreises (66,5° N):

• Polarnacht im Winter — keine Sonne über mehrere Wochen.
• Mitternachts­sonne im Sommer — keine Nacht.
• Relevant für Flüge in Nord-Skandinavien, Island, Grönland.

Deklination der Sonne

Die Sonnendeklination δ ist die Winkelposition der Sonne nördlich/südlich des Äquators:

Die Deklination wird in astronomischen Almanachen und in Sonnenauf-/untergangs­tabellen verwendet.

Mondbahn und Gezeiten (Hintergrund)

Der Mond umrundet die Erde in ca. 27,3 Tagen und verursacht zusammen mit der Sonne die Gezeiten. Für die Standard-PPL-Navigation nicht direkt relevant, außer:

• Mondlicht beim Nachtflug — Vollmond kann VFR-Sicht erheblich verbessern.
• Spring­tide / Nipptide für Wasser­landungen / Wasserflugzeuge.