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Warum geht die Sonne nach der Wintersonnenwende später auf?

Falls Sie früh aufstehen, haben Sie es wahrscheinlich schon bemerkt: Die Sonne geht nach der Wintersonnenwende immer noch später auf. Dennoch nimmt die Länge des Tages zu. Das bedeutet, dass sich der Sonnenuntergang noch mehr verzögert als der Sonnenaufgang. Aber warum diese Asymmetrie? Sollte die Sonne nach der Wintersonnenwende nicht einfach früher aufgehen und später untergehen? Hier erhalten Sie die Antworten dazu.

Beginnen wir mit den Fakten: Die Tabelle in Abbildung 1 zeigt die Sonnenaufgangs- und Sonnenuntergangszeiten sowie die Tageslänge für die 2. Monatshälfte im Dezember 2023 in Lausanne. Es überrascht nicht, dass an der Wintersonnenwende (in diesem Jahr am 22. Dezember), die kürzeste Tageslänge stattfand. Dennoch geht die Sonne nach der Sonnenwende immer noch später auf, obwohl die Tageslänge zunimmt. Daher ist klar, dass sich der Sonnenuntergang noch weiter verzögert. Aber warum diese Asymmetrie?

Um dies zu verstehen, müssen wir zunächst den Unterschied zwischen Sonnenmittag und 12 Uhr erkennen. Der Sonnenmittag ist die Zeit, zu der die Sonne am höchsten am Himmel steht (d.h. dem Zenit). Dies entspricht aber nicht zwingend 12 Uhr mittags. Da wir in sogenannten Zeitzonen leben bedeutet beispielsweise, dass in Santiago de Compostela (Spanien) die gleiche gesetzliche Zeit herrscht wie in Skopje (Nordmazedonien), das ungefähr auf demselben Breitengrad liegt. Letztere liegt jedoch etwa 2.500 km weiter östlich, was eine Verschiebung der Sonnenzeit von ca. 2 Stunden bedeutet! Das ist relativ einfach zu verstehen, erklärt aber nicht, warum die Sonne nach der Wintersonnenwende trotzdem noch immer später aufgeht. In der Tat ist der Unterschied zwischen Sonnenmittag und 12 Uhr an einem bestimmten Ort nicht das ganze Jahr über konstant! Um das zu verstehen, muss man sich ein wenig mit der Astronomie beschäftigen.

Definition eines Tages (Sonnentag)
Wie wir wissen, dreht sich die Erde bekanntlich innert 24 Stunden einmal um sich selbst. Um genau zu sein sind es 23 Stunden und 56 Minuten. Aber wie können wir diesen Unterschied von 4 Minuten zwischen der Länge eines Tages und der Länge der Erdrotation erklären? Ein Sonnentag ist definiert als die Zeit, welche die Sonne benötigt, um am nächsten Tag die gleiche Ausrichtung eines bestimmten Punktes der Erde zu erreichen. So wie sich die Erde um sich selbst gedreht hat, hat sie sich auch ein wenig um die Sonne gedreht, also muss sie sich ein wenig mehr drehen, damit sie die gleiche Ausrichtung in Bezug auf die Sonne findet.

Schauen wir uns Abbildung 2 an: Bei Punkt (1) zeigt der rote Pfeil auf die Sonne. Nach einer vollen Umdrehung der Erde (2) zeigt derselbe Pfeil nicht mehr direkt auf die Sonne, da sich die Erde leicht um ihre Umlaufbahn bewegt hat. Die Erde muss sich also noch ein wenig drehen, damit der Pfeil wieder zur Sonne zeigt (3), dies dauert ca. 4 min. Tatsächlich variiert diese Dauer zwischen 3 Minuten 30 Sekunden und 4 Minuten 30 Sekunden. Für diese Variation gibt es 2 Gründe: 1. die Tatsache, dass die Umlaufbahn der Erde eine Ellipse ist und 2. dass ihre Rotationsachse zur Umlaufbahn nicht vertikal ausgerichtet ist (Neigung der Erde).

Die Umlaufbahn der Erde ist eine Ellipse
Vermutlich ist Ihnen bekannt, dass die Umlaufbahn der Erde kein Kreis, sondern eine Ellipse ist, mit der Sonne als einem der Brennpunkte (Keplers erstes Gesetz). Wie in Abbildung 3 zu erkennen, ist die Erde im Perihel (Anfang Januar) der Sonne am nächsten und am Aphel (Anfang Juli) am weitesten entfernt. Dies führt zum zweiten Keplerschen Gesetz: Die Erde umkreist die Sonne im Perihel schneller als im Aphel. Tatsächlich ist die Gravitationskraft zwischen zwei Körpern umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen. Wir können intuitiv verstehen, dass die Erde beschleunigt, wenn sie näher an der Sonne ist.

Das ist der Grund, warum die Erde im Perihel während einer vollen Umdrehung um ihre Achse eine größere Strecke auf ihrer Umlaufbahn zurücklegte. Es dauert daher länger, bis die Erde wieder die gleiche Ausrichtung in Bezug auf die Sonne einnimmt (von Punkt 2 bis 3 in Abbildung 2). Dies impliziert, dass die Sonne später aufgeht, wenn sie sich dem Perihel nähert (Anfang Januar), obwohl die Tage länger werden!

Die Neigung der Erdachse
In der obigen Erklärung haben wir aber die Tatsache nicht berücksichtigt, dass die Rotationsachse der Erde um 23,5° aus der Vertikalen geneigt ist. Infolgedessen ist die solare Mittagszeit nicht das ganze Jahr über konstant. Der Sonnenmittag wird sich verzögern, wenn wir uns den Sonnenwenden nähern, und vorrücken, wenn wir uns den Tag- und Nachtgleichen nähern. Die Details der Auswirkung der Neigung der Erdachse auf die Länge eines Sonnentages würden den Rahmen dieses Blogs sprengen.

Die Zeitgleichung
Der kumulative Effekt der Ekliptik der Erdbahn und der Neigung der Erdachse wird in der Zeitgleichung zusammengefasst, die die Verschiebung der Sonnenzeit von einem 24-Stunden-Tag beschreibt. Diese Zeitgleichung ist die Überlagerung zweier sinusförmigen Kurven: Die erste hat eine Periode von einem Jahr und verläuft bei Perihel und Aphel durch Null. Die zweite hat einen Zeitraum von einem halben Jahr und geht bei den Sonnenwenden und den Tag- und Nachtgleichen durch Null. Als Zeitgleichung (ZG oder ZGL) wird die Differenz zwischen der wahren Sonnenzeit (wahre Ortszeit, WOZ) und der mittleren Sonnenzeit (mittlere Ortszeit, MOZ) bezeichnet.

Zusammenfassung
Ein Sonnentag ist definiert als die Zeit, die die Sonne benötigt, um am nächsten Tag die gleiche Ausrichtung eines bestimmten Punktes der Erde zu erreichen. Unabhängig von der Neigung der Erdachse entspricht dies der Zeit, welche die Erde benötigt, um einmal um sich selbst zu drehen, plus der Zeit, die sie benötigt, um die Tatsache „einzuholen“, dass sie eine kleine Strecke auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne zurückgelegt hat. Letzteres ist nicht konstant, da sich die Erde im Januar schneller auf ihrer Umlaufbahn dreht als im Juli.

Darüber hinaus führt die Neigung der Erdachse dazu, dass der Sonnenmittag zwischen den Tag- und Nachtgleichen und Sonnenwenden variiert. Diese beiden Effekte zusammen führen dazu, dass die Sonne um die Wintersonnenwende herum in Bezug auf einen 24-Stundentag verspätet ist. Das hat zur Folge, dass die Sonne nach der Wintersonnenwende bis Anfang Januar später aufgeht, obwohl die Tage länger werden.

Sunset in the Alps

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I have long grappled with the philosophical question: are my aviation pursuits truly my own, or is there an imbalanced devotion to the legacy of my grandfather? I will never know if or how I would have been attracted to aviation had my first flight not been at age two in the back of his Piper Cub. I further will not have the ability to rewrite history and wonder if I would have been attracted to the Cub to Super Cub taildragger line, or if that is a monument to subconscious programming, having taken more rides than I can count in them. I defer to my own reasoning, at roughly age 10, when I stood in the middle of the runway until my grandfather noticed my presence, forcing him to abort the takeoff run so I could hop in. He was not happy. “You have an airplane,” I thought, “I am not concerned if you’re unhappy. I want to go flying.”

Is it as simple as taking a ride on the plane that is available, or does it go deeper than that? The subject got stirred up recently by two things. I saw a magazine article that had Cessna 120s in it. The 120 has tailfeathers and wingtips with a similar shape to the Cub, and I always liked them as a kid. So maybe it is the airplane model and not just the memory.

About a month ago, I was at an airport when a Bell 47 helicopter landed. It left me with warm fuzzy feelings like all is right in the world. My grandfather bought one when he turned 76. I took one ride in it, itself which was mildly disconcerting owing to the circumstances around the flight (and a pernicious inadequacy of rotor RPM in flight), and that was it. Yet, here I am, looking “nostalgically” at it. Perhaps another vote for legacy worship?

My grandfather said frequently about the PA-11: “it flies the best out of all of them.” I assume he meant the Cub to Super Cub line, though he might have meant out of every airplane model on Earth. It is hard to tell as he often spoke in reduction and by reference, interspersed with fusillades of inarguable condescension. Anyhow, he is correct, that the experience in flight in the PA-11 is literally superior to any other taildragger I have flown, as long as we’re not concerned with speed or cabin comfort.

The thing about all this mountain and glacier flying, along with the photography process, is that it just happened after the airplanes did. The aircraft of my youthful rides gave way to teenage training in the PA-11, which resulted in eventually owning it. A few months into owning the PA-11, I pointed a camera out the window and it was an instant knack for it. One should be honest: it is pure luck that the aircraft is a good platform for photography. If the wing, strut, gear, or anything else is in the way, one can’t use nostalgia or willpower to fix it; it just doesn’t work in that case. It is further luck that these airplanes are nearly perfect for high mountain flying: high lift, high drag, and slow. If I had a Stromberg carburetor with a C-90 engine instead of a Marvel-Schebler with mixture control and an O-200 engine, the PA-11 probably would have never gotten above 12,000 feet, which means I would not have taken it to Colorado, which means none of this would have happened.

Maybe it boils down to the carburetor that happened to be sitting in my grandfather’s hangar.

At the same time, I am if anything persistent. Carburetors can be changed. As John Muir is quoted as saying: “The mountains are calling, and I must go.” I am quite sure after a bunch of spitting and sputtering at high altitudes, I would have found some “airport geezers” (quote from “Flight of Passage” by Rinker Buck) and asked them how to supercharge the damn thing. After telling me that I am an idiot (that has already happened), somebody would have figured it out, and there I would be, wandering around in the flight levels in a Cub.

There is the nagging question of childhood. Sometimes it leaves its mark and that is that. Over 35 years ago, my grandfather had a yellow Piper Cub and a blue and white Super Cub. He would ask me which one I wanted to take a ride in. Recently, it occurred to me that I have a yellow Cub…and a blue and white Super Cub…and ask myself which one to fly. One must confess that glaciers weren’t part of the picture; in fact, my grandfather thought mountain flying was stupid and told me over and over again I would die if I went near them.

After all the introspection and musing, I think two things are true: my grandfather probably figured out the most enjoyable planes and helicopters available to fly. He lived as these machines came to market, whereas I see them only as novel antiques. I also think that I unquestionably would have always been attracted to a Cub and a Super Cub, and I probably would have in every version of alternate history taken them into the mountains and to the glaciers.

I thought it would be fitting after this missive to pictorially demonstrate what I consider to be a pleasant evening flight, which stands in stark contrast of my grandfather’s version of the same. His ideal evening flight is over farm fields, 700 feet above the ground, barely going fast enough for the airplane to stay flying, with the door open. Were I actually to spend any time with warm summer evenings over farm fields, then I would agree! Source: ‚Garrett Fisher‚.

Von Sonnenauf- bis Sonnenuntergang

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Über 16 Stunden in der Luft waren die Mitglieder des Vereins für Segelflug Krefeld auf dem Egelsberg. Beim „Longest-Day-Fliegen“ gab es insgesamt 113 Starts. Eine schöne Tradition konnte wieder aufgenommen werden, allerdings unter Cornona-Bedingungen. Am Wochenende trafen sich die Mitglieder des Vereins für Segelflug Krefeld (VfS) zum „Longest-Day-Fliegen“, also zu einem 16:35- Stunden-Flugbetrieb am Stück. So waren sie mit ihren eleganten Segelflugzeugen vom ersten Sonnenlicht um 5:19 Uhr bis zum Sonnenuntergang um 21:54 Uhr durchgehend unterwegs. Das Event ist eins der Höhepunkte in der Flugsaison des VfS Krefeld, bei dem regelmäßig eine Vielzahl der Vereinsmitglieder teilnehmen. In diesem Jahr hatten sich alle Teilnehmer an offiziellen Teststellen auf Corona testen lassen oder waren schon vollständig geimpft.

Im Mittelpunkt stand wieder das Erlebnis des frühen Gleitens in absolut ruhiger Morgenluft. Da das Wetter bis auf eine dünne morgendliche Nebelschicht gut mitspielte, konnten an diesem Tag 113 Flüge mit rund 32 Flugstunden absolviert werden. Von der normalen Ausbildungsplatzrunde bis hin zum ausgedehnten Streckensegelflug war alles möglich. Und so wunderte es keinen, dass zwei ganz besondere Ausbildungserfolge möglich wurden: In ruhiger Morgenluft konnte zunächst der erst 16 Jahre junge Flugschüler Finn Greiser aus St. Hubert das erste Mal mit dem einsitzigen Übungs-Segelflugzeug vom Typ Standard Astir IIIb fliegen. Unter den kritischen Augen des Fluglehrers (Krefeld Traar) absolvierte er bei dieser Umschulung mehrere einwandfrei Flüge und freut sich nun darauf, die ersten längeren Thermikflüge in dem Einsitzer zu erleben.

Ein unvergessliches Erlebnis für jeden Piloten ist der allererste Alleinflug. Diesen Traum konnte sich am „Longest-Day“ der Flugschüler David Lagerweij (29 Jahre aus Duisburg) erfüllen. Nach knapp einem Jahr Flugausbildung (mit Corona bedingten Unterbrechungen) gelangen auch ihm drei hervorragende Platzrunden unter der Aufsicht der Fluglehrer Klaus Spandick (Duisburg Baerl) und Daniel Bredendiek (Krefeld). Traditionell gratulierte das ganze Team direkt nach der letzten Landung dieser „A-Prüfung“ dem Absolventen mit einem üppigen Kornblumenstrauß. Der rundum gelungen Tag endete mit einem gemeinsamen Grillen an der Startstelle und den letzten Starts in die Dämmerung, bevor alle Segelflugzeuge nach Sonnenuntergang sorgsam im Hangar verstaut wurden.

Als nächstes Event steht nun das Sommerfluglager auf dem Flugplatz Neresheim (Schwäbischen Alb) an. In den Sommerferien verlagert der VfS Krefeld dazu seinen gesamten Flugbetrieb mit Sack und Pack nach Baden Württemberg. Die ideale und großzügige Infrastruktur dieses Flugplatzes lässt auch unter Corona-Bedingungen ein solches Fluglager natürlich mit Hygienekonzept zu. Wie schon im letzten Sommer freuen sich alle Piloten auf das gemeinsame Erlebnis und die schon oft erprobte Gastfreundschaft der dortigen Segelfliegergruppe Neresheim. Wer nun Lust bekommen hat, mit dem Segelfliegen anzufangen und das Fliegen zu lernen, der ist beim VfS-Krefeld jederzeit willkommen – Corona bedingt im Moment allerdings besser erst einmal nur telefonisch oder per E-Mail melden und dann einen Vor-Ort-Termin abstimmen. Quelle: ‚rp-online.de‚.