Vier Jahreszeiten
Die unterschiedlichen Jahreszeiten an einem bestimmten geographischen Ort auf der Erde entstehen durch die im Jahresverlauf variierende
Dauer, Intensität und den Einfallswinkel des Sonnenlichts. Ein Grund dafür ist die geometrische Form der Erdumlaufbahn um die Sonne. Der Astronom Johannes Kepler (1571-1630) erkannte, dass sich die Planeten nicht auf Kreis-, sondern auf Ellipsenbahnen um die Sonne bewegen. Dadurch variiert der Abstand zwischen Sonne und Erde bei der alljährlichen Umrundung der Sonne. Dies könnte den Trugschluss zulassen, dass die unterschiedlichen Entfernungen zwischen Erde und Sonne die Ursache für die einzelnen Jahreszeiten darstellen. Da jedoch der geringste Abstand zwischen Sonne und Erde (ca. 147 Mio. km) in unserem Winter vorliegt (im sog. sonnennächste Punkt, auch Perihel genannt), kann dies nicht der primäre Antrieb für den Jahreszeitenwechsel sein. Im Vergleich dazu beträgt der Abstand im sonnenfernsten Punkt (Aphel) im Sommer ungefähr 152 Mio. km.
Die entscheidende Rolle für die Existenz der Jahreszeiten stellt die Neigung der Rotationachse der Erde dar. Diese besitzt einen Neigungswinkel von 23,44 Grad zur Senkrechten. Diese Gegebenheit hat direkte Auswirkungen auf die Sonneneinstrahlung sowie auf die Tageslänge. In unserem Sommer ist die Nordhalbkugel bzw. in unserem Winter die Südhalbkugel der Sonne zugewandt. Infolgedessen ändern sich im Jahresverlauf der Einfallswinkel und somit die Intensität der Sonnenstrahlung, was einen direkten Einfluss auf die Erwärmung der Erdoberfläche hat. Anhand eines kurzen Beispiels sollen die Unterschiede aufgezeigt werden. Betrachten wir einen Ort auf dem 50. nördlichen Breitengrad (z. B. Mainz). Am Sommeranfang (21. Juni) treffen die Sonnenstrahlen um die Mittagszeit in einem Winkel von etwa 62 Grad, zum Winteranfang (21. Dezember) mit etwa 16 Grad auf die Erdoberfläche. Am Frühjahrs- und Herbstbeginn liegt der Einfallswinkel bei etwa 40 Grad. Durch diesen im Jahresverlauf variierenden Sonneneinstrahlungswinkel kommt es auf der Nord- und Südhalbkugel zu den typischen jahreszeitlichen Temperaturunterschieden und den immer wiederkehrenden Jahreszeiten. Die jährlichen Temperaturschwankungen sind am Äquator am geringsten und nehmen in Richtung Pol zu. Dies ist ein Grund dafür, dass es in Äquatornähe keine derartigen markanten Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Jahreszeiten gibt, wie es bei uns in Mitteleuropa der Fall ist.
einen kurzen Zeitraum einen Ort auf der Nordhalbkugel. Nördlich des Polarkreises steigt die Sonne in den Tagen um die Wintersonnenwende nicht mehr vollständig oder überhaupt nicht über den Horizont. Dies führt am Polarkreis zur 24-stündigen Polarnacht. In Richtung Pol wird der Zeitraum der Polarnacht mit bis zu 6 Monate immer größer. Der Frühlings- und Herbstbeginn zeichnen sich dadurch aus, dass sowohl der Tag als auch die Nacht mit 12 Stunden gleich lang sind.