Die Erdachse ist um etwa 23,5° gegenüber der Senkrechten zur Bahnebene geneigt (entsprechend etwa 66,5° zur Bahnebene selbst). Sie bleibt während eines Jahres annähernd parallel zu sich selbst. Dadurch ist abwechselnd die Nordhalbkugel und die Südhalbkugel zur Sonne geneigt.
Sommer: Höherer Sonnenstand und längere Tage bringen mehr Sonnenenergie. Bei steilem Einfall verteilt sich dieselbe Strahlungsmenge auf eine kleinere Fläche. Winter: Die Sonne steht tiefer und die Tage sind kürzer.
Frühlings- und Herbstbeginn: Die Sonne steht mittags am Äquator senkrecht. Beide Halbkugeln erhalten gleich viel Sonnenenergie; Tag und Nacht sind nahezu gleich lang. Die äquatornahen Bereiche sind rötlicher, die Polbereiche bläulicher.
Was bedeuten die Farben? Dargestellt ist die tägliche Sonnenenergie je Fläche am oberen Rand der Atmosphäre, gemittelt über die Erdrotation. Rot bedeutet mehr, Blau weniger Energie. Es handelt sich um ein vereinfachtes Modell, keine Temperaturkarte. Die Landkonturen dienen der Orientierung; die Farben gelten für Land und Meer nach demselben Modell. Wolken, Eis, Meeresströmungen, die Änderung des Sonnenabstands und die verzögerte Erwärmung bleiben unberücksichtigt. Links zeigt eine leichte Abdunklung die Nachtseite an. Die Rot- und Blaufärbung bleibt dabei gut erkennbar. Rechts bleibt die Farbkarte des Tagesmittels ohne Nachtverdunkelung sichtbar.
Von der Nordseite der Erdbahn aus betrachtet läuft die Erde gegen den Uhrzeigersinn um die Sonne. Der Pfeil auf der Bahn zeigt diese Richtung. Die Kreisbahn vereinfacht die leicht elliptische Erdbahn. Der wechselnde Abstand zur Sonne ist nicht die Ursache unserer Jahreszeiten. Die vier Datumsangaben sind Näherungen; die Animation verwendet vier gleich lange Jahresabschnitte.
Die tägliche Erdrotation
Die Erde dreht sich von Westen nach Osten um ihre Achse – von der Nordpolseite aus gegen den Uhrzeigersinn. Ein Sonnentag dauert etwa 24 Stunden. In beiden Erdkugeln wandern die Landmassen um die fest ausgerichtete Achse. Links bleibt die beleuchtete Tagseite zur Sonne gerichtet: Ein Ort gelangt durch die Rotation abwechselnd auf die Tag- und Nachtseite. Rechts zeigt die Färbung weiterhin die Sonnenenergie im Tagesmittel. Mit „Erdrotation an/aus“ lässt sich die Eigendrehung beider Kugeln anhalten.
Langsam: Eine Drehung dauert in der Animation 24 Sekunden. Gegenüber dem Jahresumlauf ist die Rotation damit stark verlangsamt, damit man Tag und Nacht verfolgen kann. Die Eigendrehung läuft in diesem Modus auch bei angehaltenem Jahresumlauf weiter.
Echtes Verhältnis: In einem Jahr gibt es rund 365,25 Sonnentage und etwa 366,25 volle Drehungen gegenüber den Sternen. Eine volle Drehung dauert rund 23 Stunden 56 Minuten; die zusätzliche Drehung entsteht durch den Umlauf um die Sonne. Bei normalem Animationstempo dauert ein Jahr hier 48 Sekunden: Eine volle Erdumdrehung braucht dann nur etwa 0,13 Sekunden, also mehr als sieben Drehungen pro Sekunde. Das ist zum Beobachten sehr schnell. In diesem Modus hält „Pause“ zusammen mit dem Jahresumlauf auch die Eigendrehung an.
Bewegt sich auch die Erdachse?
Ja. Ihre langsame Kreiselbewegung heißt Präzession: Die Richtung der Achse beschreibt in rund 26.000 Jahren einen Kreis im Raum. Innerhalb eines einzelnen Jahres ist diese Änderung so klein, dass die Achse in unserer Animation ihre Richtung beibehält. Die tägliche Erdrotation und die langsame Präzession sind unterschiedliche Bewegungen.
Fachlicher Hintergrund: NASA – All About that Tilt · NASA – Präzession · Landkonturen: Natural Earth, 1:110 Mio. (gemeinfrei)