Entstehung von Tag und Nacht:
Die Entstehung von Tag und Nacht ist auf die Rotation der Erde um ihre eigene Achse zurückzuführen.
Dabei dreht sich die Erde in 24 Stunden genau einmal um sich selbst und zwar von Westen nach Osten.
Die Tageslänge am jeweiligen Ort ist abhängig von der Schiefe der Ekliptik (23,5°), in der die Erde der Sonne zugewandt ist.
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1. Die Rotation der Erde:
Die Erde dreht sich um ihre eigene Achse, was den Hauptgrund für den Wechsel von Tag und Nacht darstellt. Diese Achse verläuft durch den Nord- und Südpol und ist um etwa 23,5 Grad geneigt.
Die Erde benötigt genau 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden für eine vollständige Drehung um ihre Achse, was einen siderischen Tag ausmacht.
Der solare Tag, den wir als 24 Stunden wahrnehmen, unterscheidet sich leicht aufgrund der gleichzeitigen Bewegung der Erde um die Sonne.
2. Die Neigung der Erdachse:
Die Erdachse ist nicht senkrecht zur Ekliptik, der Ebene, in der die Erde die Sonne umkreist. Die 23,5-Grad-Neigung führt zu den Jahreszeiten und beeinflusst die Länge von Tag und Nacht im Laufe des Jahres:
Sommer: Auf der Nordhalbkugel, um den 21. Juni (Sommersonnenwende), ist die Erdachse zur Sonne geneigt, wodurch Tage länger und Nächte kürzer sind. Am nördlichen Polarkreis gibt es die Mitternachtssonne, wo die Sonne 24 Stunden sichtbar bleibt.
Winter: Um den 21. Dezember (Wintersonnenwende) sind die Tage kürzer und die Nächte länger, da die Nordhalbkugel von der Sonne weg geneigt ist. In Polarregionen herrscht die Polarnacht, eine Zeit, in der die Sonne nicht über den Horizont steigt.
3. Tag- und Nachtlängen
Die Länge von Tag und Nacht variiert je nach geografischer Breite:
Äquator:
In äquatorialen Regionen bleibt die Tag- und Nachtlänge nahezu konstant das ganze Jahr über, jeweils etwa 12 Stunden.
Mittlere Breiten:
Hier schwanken die Tag- und Nachtlängen deutlich zwischen Sommer und Winter. In Deutschland zum Beispiel dauert der längste Tag etwa 16,5 Stunden (Sommersonnenwende), während der kürzeste Tag etwa 7,5 Stunden (Wintersonnenwende) andauert.
Polare Regionen:
Hier können extreme Bedingungen auftreten. Während der Polartag im Sommer mehrere Wochen dauert, gibt es im Winter die Polarnacht, wo über Wochen hinweg völlige Dunkelheit herrscht.
4. Der Wechsel von Tag und Nacht:
Die Rotation der Erde verursacht den kontinuierlichen Wechsel von Tag und Nacht. Die Geschwindigkeit, mit der die Erdoberfläche rotiert, beträgt am Äquator etwa 1670 km/h.
Durch diese hohe Geschwindigkeit vollzieht sich der Übergang zwischen Tag und Nacht relativ schnell:
Sonnenaufgang:
Das Eintreten des Sonnenlichts am Horizont markiert den Beginn des Tages. Der Sonnenaufgang erfolgt je nach Standort und Jahreszeit zu unterschiedlichen Zeiten.
Sonnenuntergang:
Der Übergang von Tag zu Nacht wird durch den Sonnenuntergang markiert, wenn die Sonne unter den westlichen Horizont sinkt. Zwischen Sonnenuntergang und völliger Dunkelheit liegt die Dämmerung, die den Übergang zwischen Tag und Nacht abmildert.
5. Dämmerung:
Dauer:
Am Äquator selbst gibt es fast keine Dämmerung, da hier die Sonnenbahn fast senkrecht zum Horizont verläuft. Je weiter wir uns vom Äquator weg bewegen umso ausgeprägter wird der Dämmerungsverlauf. In den Polgegenden hingegen erstreckt sich die Dämmerung auf mehrere Wochen.
Farbe des Sonnenuntergangs:
Der Sonnenuntergang wird als rot empfunden, weil die längsten Wellen, welche für den Menschen sichtbar sind, diese Farbe aufweisen. Erreicht die Sonne einen Stand von < 18° unter dem Horizont, verschwindet das letzte Restlicht. Die Dämmerung ist in verschiedene Phasen unterteilt:
Bürgerliche Dämmerung:
Diese Phase beginnt nach dem Sonnenuntergang und endet, wenn die Sonne 6 Grad unter dem Horizont steht. Während dieser Zeit ist es noch ausreichend hell für die meisten Aktivitäten im Freien.
Nautische Dämmerung:
Diese Phase reicht von 6 bis 12 Grad unter dem Horizont. Die meisten Sterne werden sichtbar, und der Horizont kann von Seefahrern zur Navigation genutzt werden.
Astronomische Dämmerung:
Diese Phase reicht von 12 bis 18 Grad unter dem Horizont. Ab ihrem Ende ist der Himmel vollständig dunkel, und astronomische Beobachtungen können ungestört durchgeführt werden.
6. Biologische und ökologische Auswirkungen:
Der Tag-Nacht-Zyklus hat enorme Auswirkungen auf das Leben auf der Erde:
Circadianer Rhythmus:
Menschen und Tiere folgen einem 24-Stunden-Rhythmus, der durch Licht und Dunkelheit gesteuert wird. Dieser Rhythmus reguliert Schlaf, Hormonausschüttung und andere physiologische Prozesse.
Photosynthese:
Pflanzen nutzen das Tageslicht für die Photosynthese, einen Prozess, bei dem Sonnenlicht in chemische Energie umgewandelt wird. Diese Energie ist die Grundlage für das Leben auf der Erde, da sie die Nahrungskette speist.
Verhaltensmuster:
Viele Tiere sind tagaktiv (diurnal) oder nachtaktiv (nocturnal), was ihre Jagd- und Fortpflanzungsstrategien beeinflusst. Beispielsweise jagen Eulen hauptsächlich nachts, während viele Singvögel am Tag aktiv sind.
7. Die Tag-Nacht-Grenze:
Die Tag-Nacht-Grenze definiert die Grenze zwischen der durch die Sonne angestrahlten Lichtseite und der unbelichteten Schattenseite der Erde.
Daraus ergeben sich zwei Perspektiven:
Binnenperspektive:
In der Binnenperspektive wird die Grenze zwischen Licht und Schatten zur Tag-Nacht-Grenze, die für einen Ort der Oberfläche bestimmt, ob er beleuchtet wird.
Außenperspektive:
In der Außenperspektive wird die Licht-Schatten-Grenze zum Terminator, der die äußerlich sichtbare Erscheinungsform der Erde aus dem Weltall bestimmt.
Er setzt hell von dunkel ab (wobei nur der sonnenbeschienene Teil vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann – siehe Bild oben).
Zusammenfassung:
Die Entstehung von Tag und Nacht ist ein Ergebnis der Rotation der Erde um ihre Achse, ihrer Neigung und ihrer Position in Bezug auf die Sonne. Diese natürlichen Zyklen haben tiefgreifende Auswirkungen auf die Biologie, das Verhalten und die Kultur des Lebens auf der Erde.