Die Jahreszeiten, die Tagundnachtgleiche und die Sonnenwenden
Es gibt nur zwei Zeiten im Jahr, in denen die Erdachse weder zur Sonne hin noch von ihr weg geneigt ist, so dass es in allen Breitengraden „fast“ gleich viel Tag und Nacht gibt. Das Wort Äquinoktium leitet sich von zwei lateinischen Wörtern ab – aequus (gleich) und nox (Nacht). Am Äquator steht die Sonne an diesen beiden Tagundnachtgleichen mittags direkt über dem Kopf. Die „fast“ gleiche Anzahl von Tages- und Nachtstunden ist auf die Brechung des Sonnenlichts oder die Beugung der Lichtstrahlen zurückzuführen, die die Sonne über dem Horizont erscheinen lässt, obwohl sie in Wirklichkeit unter dem Horizont steht. Außerdem werden die Tage in den höheren Breitengraden (die vom Äquator entfernt sind) etwas länger, weil die Sonne länger braucht, um auf- und unterzugehen. Daher schwankt die Tageslänge an der Tagundnachtgleiche und an einigen Tagen davor und danach zwischen etwa 12 Stunden und sechseinhalb Minuten am Äquator, 12 Stunden und 8 Minuten am 30. Breitengrad und 12 Stunden und 16 Minuten am 60. Breitengrad.
Die Sonnenwenden (Sommer & Winter)
Die Sommersonnenwende findet zu dem Zeitpunkt statt, an dem die Neigung der Erde gegenüber der Sonne am größten ist. Daher steht die Sonne am Tag der Sommersonnenwende am höchsten, und ihre Position zur Mittagszeit ändert sich mehrere Tage lang vor und nach der Sommersonnenwende nur wenig. Die Sommersonnenwende findet statt, wenn die Sonne direkt über dem Wendekreis des Krebses steht, der sich auf 23,5° nördlicher Breite befindet und durch Mexiko, die Bahamas, Ägypten, Saudi-Arabien, Indien und Südchina verläuft. An jedem Ort nördlich des Wendekreises des Krebses steht die Sonne am höchsten Punkt des Himmels und dies ist der längste Tag des Jahres.
Die Wintersonnenwende markiert den kürzesten Tag und die längste Nacht des Jahres. In der nördlichen Hemisphäre findet sie statt, wenn die Sonne direkt über dem Wendekreis des Steinbocks steht, der sich 23,5° südlich des Äquators befindet und durch Australien, Chile, Südbrasilien und das nördliche Südafrika verläuft.
Eine vollständige Auflistung der Daten der Winter- und Sommersonnenwende sowie der Frühlings- und Herbsttagundnachtgleiche bis zum Jahr 2025 finden Sie auf dieser Website des U.S. Naval Observatory. Einen alternativen Textlink finden Sie hier.
Die Jahreszeiten
Wir alle wissen, dass die Erde alle 365 Tage eine vollständige Umdrehung um die Sonne macht und dabei einer elliptischen Bahn folgt. Das bedeutet, dass der Abstand zwischen Erde und Sonne, der im Durchschnitt 93 Millionen Meilen beträgt, im Laufe des Jahres variiert. In der ersten Januarwoche ist die Erde etwa 1,6 Millionen Kilometer näher an der Sonne. Dies wird als Perihel bezeichnet. Das Aphel, d. h. der Punkt, an dem die Erde etwa 1,6 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt ist, liegt in der ersten Juliwoche. Diese Tatsache mag dem widersprechen, was wir über die Jahreszeiten in der nördlichen Hemisphäre wissen, aber tatsächlich ist der Unterschied in Bezug auf das Klima nicht signifikant und ist NICHT der Grund, warum wir Jahreszeiten haben. Die Jahreszeiten werden durch die Tatsache verursacht, dass die Erde um 23,5° um ihre Achse geneigt ist. Die Ausrichtung der Neigung in Bezug auf den Weltraum ändert sich im Laufe des Jahres nicht; so ist die nördliche Hemisphäre im Juni der Sonne zugewandt und im Dezember von der Sonne abgewandt, wie in der folgenden Grafik dargestellt.
Die Beziehung zwischen Tageslänge und Temperatur
Es gibt eine Verzögerung zwischen dem längsten Tag des Jahres und den wärmsten Durchschnittstemperaturen für die meisten Orte in mittleren und hohen Breiten.
Im nördlichen OH/Nordwesten PA tritt die Tageshöchsttemperatur Mitte Juli fast 3 Wochen später auf. So wie der wärmste Teil des Tages in der Regel einige Stunden nach der Mittagszeit eintritt, wenn die Sonne am höchsten steht, so verzögert sich auch der wärmste Teil des Sommers gegenüber der Sommersonnenwende. Diese Verzögerung ist auf die Zeit zurückzuführen, die der Boden und das Wasser benötigen, um sich zu erwärmen. Die Durchschnittstemperaturen steigen weiter an, bis die Sonne tiefer am Himmel steht. Während der Effekt in einer täglichen Temperaturkurve deutlich wird, ist er bei einem Blick auf die Veränderungen der monatlichen Durchschnittstemperatur besser zu erkennen. In Cleveland ist der Juli im Durchschnitt 3,3 Grad wärmer als der Juni, und auch der August ist um 2,8 Grad wärmer als der Juni, obwohl die Tage im August wesentlich kürzer sind als die Tage im Juni.