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Thema des Tages

Das Äquinoktium ist (fast) da!

Auch wenn uns derzeit noch der Spätsommer fest im Griff hat, so 
schreiten wir zumindest kalendarisch am morgigen Dienstag in die 
dritte Jahreszeit: den Herbst. Was bedeutet dabei Äquinoktium und wie
ist der astronomische Herbstanfang überhaupt definiert? Mehr dazu im 
heutigen Thema des Tages.

Wir Meteorologen haben bereits vor drei Wochen am 1. September den 
Herbst eingeläutet und weichen daher von der Definition des 
kalendarischen Beginns ab. Demnach beginnen für uns die Jahreszeiten 
immer am ersten Tag jenes Monats, in den der kalendarische Termin 
fällt. Dadurch dauern die Jahreszeiten immer drei komplette Monate, 
wodurch eine statistische Vergleichbarkeit von klimatologischen Daten
(z.B. Monatsmittel, Monatssummen u.a.) gewährleistet wird.

Am morgigen Dienstag, den 22. September 2020, startet um 15:30 Uhr 
mitteleuropäischer Sommerzeit (MESZ) auch aus astronomischer bzw. 
kalendarischer Sicht auf der gesamten Nordhalbkugel der Herbst (auf 
der Südhalbkugel hingegen der Frühling). Die beiden Tage im Jahr, auf
die die Tag-und-Nacht-Gleiche fällt, werden als Äquinoktien (von lat.
aequus - gleich und nox - Nacht) bezeichnet. Sie markieren den 
Herbst- bzw. den Frühlingsbeginn. Am Tag des Äquinoktiums dauern 
somit lichter Tag und die Nacht überall auf der Erde zumindest 
theoretisch gleich lang an.

Doch wie kommt es überhaupt zur Existenz von Jahreszeiten? Unsere 
Erde dreht sich wie ein Kreisel durch den Weltraum. Die 
Rotationsachse dieser Kreiselbewegung wird als Erdachse bezeichnet. 
Gleichzeitig reist unser Planet um die Sonne. Ein Sonnenjahr ist 
dabei die Zeitspanne, in der die Erde die Sonne einmal komplett 
umkreist. Stellt man sich den Bereich innerhalb der Umlaufbahn als 
flache Scheibe vor, ergibt sich daraus die Ekliptikebene. Die 
Erdachse ist dabei um etwa 23,4° zur Ekliptik geneigt. Diese Neigung 
stellt eine entscheidende Rolle für die Existenz der Jahreszeiten auf
unserem Planeten dar und hat direkte Auswirkungen auf die Variation 
der Sonneneinstrahlung sowie auf die Tageslänge innerhalb eines 
Jahres. (Stünde die Erdachse im rechten Winkel zur Bahnebene, gäbe es
auf der Erde keine Jahreszeiten.)

Während der Tag-und-Nacht-Gleiche schneiden sich nun die Ekliptik der
Sonne (ihre scheinbare Umlaufbahn um die Erde) und der Himmelsäquator
(Schnittlinie der Ebene des Erdäquators mit der gedachten 
Himmelskugel). Im Herbstäquinoktium steigt dabei die Sonne über den 
Himmelsäquator ab (bzw. überquert von Norden nach Süden den Äquator).
Umgekehrt steigt die Sonne im Frühlingsäquinoktium über dem 
Himmelsäquator (von Süden nach Norden) auf. Zu den Äquinoktien steht 
die Sonne dabei mittags senkrecht über dem Äquator und geht an diesen
Tagen überall auf der Erde (ausgenommen unmittelbar an den Polen) 
fast genau im Osten auf bzw. im Westen unter.

Die theoretische Tag-und-Nacht-Gleiche gilt, weil in der sphärischen 
Astronomie Himmelsobjekte vereinfacht betrachtet werden und die 
Ausdehnung der Sonnenscheibe ebenso wie Einflüsse der Atmosphäre 
unberücksichtigt bleiben. Während der Äquinoktien wird der 
geometrische Mittelpunkt der Sonnenscheibe betrachtet, der an diesen 
Tagen etwa 12 Stunden oberhalb des Horizontes steht. Da allerdings 
die ersten und letzten Sonnenstrahlen eines Tages vom oberen Rand der
Sonnenscheibe ausgehen (und nicht von deren Mittelpunkt), dauert der 
Tag also etwas länger als 12 Stunden. Auch die Brechung des 
Sonnenlichts durch die Erdatmosphäre verlängert den Tag. Durch dieses
Phänomen kann der obere Rand der Sonne sichtbar sein, auch wenn er 
sich knapp unterhalb des Horizonts befindet. Aufgrund dieser 
Gegebenheiten dauern der lichte Tag und die Nacht zum Herbstanfang 
(ebenso zum Frühlingsanfang) eben nicht exakt gleich lang an. 
Stattdessen ist die Nacht um elf Minuten kürzer. Der Kalendertag, an 
dem tatsächlich zwölf Stunden lichter Tag und zwölf Stunden Nacht 
herrschen, wird Equilux genannt. Dieser liegt für den 50. Breitengrad
(geografische Breite von Mainz) um den 25. September und ist somit um
ein paar Tage in Richtung Wintersonnenwende verschoben.

Zu keiner Zeit des Jahres verändern sich die Tageslängen so schnell 
wie um die Äquinoktien im Herbst und im Frühling. Zum Herbstbeginn 
nimmt die Tageslänge besonders rasch ab und dieser Effekt ist umso 
stärker, je weiter nördlich ein Ort liegt. So verkürzen sich zum 
Beispiel um die Tag-und Nacht-Gleiche in Oberstdorf die Tage um 3 
Minuten und 23 Sekunden, während in Flensburg zu dieser Jahreszeit 
jeden Tag ganze 4 Minuten und 24 Sekunden weniger Tageslicht zur 
Verfügung stehen. Doch warum werden die Tage nach der 
Sommersonnenwende erst langsam kürzer, dann um das Herbstäquinoktium 
schneller, und dann bis zur Wintersonnenwende wieder langsamer? 
Dieses Muster ist analog zu einer Pendelbewegung. Ein Pendel ist am 
oberen und unteren Wendepunkt langsam, während seine Bewegung genau 
in der Mitte zwischen diesen beiden Punkten am schnellsten ist.  
Mathematisch gesehen entspricht dieses Muster einer Sinuskurve. 
Während also bei der Sommer- und Wintersonnenwende die Tage in 
unseren Breiten die Tageslängen nur um jeweils 1 Minute pro Tag 
ändern, werden die Nächte Ende September (bzw. die Tage Ende März) 
jeweils knapp 4 Minuten länger.


M.Sc.-Met. Sebastian Altnau
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale 
Offenbach, den 21.09.2020

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