Wenn etwas eigentlich hell ist, und dann wird es plötzlich finster, unerwartet, dann ist das immer interessant für uns Menschen. Wenn die Sonne verschwindet am hellen Tag. Wenn der Mond verschwindet in der Nacht.
Die Sonnenfinsternis entsteht, wenn der Schatten des Mondes die Sonne bedeckt. Wenn sich also der Mond zwischen Erde und Sonne schiebt.
Die Mondfinsternis entsteht, wenn der Erdschatten den Mond bedeckt. Wenn sich also die Erde zwischen Sonne und Mond befindet.
Es gibt totale Finsternisse, und partielle (teilweise). Mondfinsternisse gibt es öfter, als Sonnenfinsternisse. Bei einer totalen Sonnenfinsternis kann man die Atmosphäre der Sonne sehen, die sonst von der hellen Sonne selbst überstrahlt wird.
Diese Texte sind Starthilfen zum Lernen. Sie geben Ihnen einen Einblick, worum es bei dem Thema geht. Die Idee. Achtung: Es ist möglicherweise nicht unbedingt genau das, was Ihr:e Prüfer:in darüber hören möchte. Es ist auch nicht der ganze Stoff. Machen Sie sich nach dem Lesen des Textes ein eigenes Bild mit Ihren Büchern und den anderen Quellen. Ein freies Online-Schulbuch aus Österreich: https://physikbuch.schule, aus Deutschland: https://www.leifiphysik.de/. Weitere empfehlenswerte Schulbuchreihen der Oberstufe aus Österreich: Big Bang, Sexl, Physik kompakt.
Der Mond sieht alle 28 Tage gleich aus. Dazwischen ändert er seine Form. Er hat sogenannte Mondphasen. Von Vollmond (voll) bis Neumond (alles weg) sind Sicheln zu sehen (schmal) oder größere Bereiche (Halbmond und mehr). Das Ganze zunehmend und abnehmend.
Es ist nicht der Schatten der Erde, der die Mondphasen verursacht. Es ist sein eigener Schatten. Die Sonne strahlt in von der Seite an, und diese Seite ändert sich, weil der Mond in 28 Tagen um die Erde kreist.
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Wir kennen zwei grundsätzlich verschiedene Bewegungen der Erde. Es ist sehr wichtig, sie gut auseinanderzuhalten.
Die Drehung der Erde in 24 Stunden um sich selbst. Da die Sonne fix am Himmel ist, erscheint es, als ob sich die Sonne von Sonnenaufgang zu Sonnenuntergang bewegt. Die Erddrehung bestimmt also die Tageszeit. Tag und Nacht.
Die Bewegung der Erde in einem Jahr um die Sonne. Dass wir dabei Jahreszeiten bemerken, liegt nicht daran, dass wir einmal näher an der Sonne sind, und dann wieder weiter weg, sondern dass die Erdachse ein wenig geneigt ist. So schaut die Erde bei ihrer täglichen Drehung im Sommer in Europa eher zur Sonne hin, in Australien eher von der Sonne weg. Ein halbes Jahr später schaut diese Erdachse immer noch in die gleiche Richtung, die Erde ist aber auf der anderen Seite der Sonne, sodass die untere Hälfte der Erde zur Sonne hinschaut. In Australien ist Sommer. In Europa Winter. Wir kriegen dieses Phänomen nur zustande, weil es die Drehimpulserhaltung gibt, die Erdachse bleibt beim Lauf der Erde um die Sonne fix ausgerichtet und schlabbert nicht drum. Es ist – ein Vergleich – ein bisschen so sich vorzustellen wie bei einem Brathähnchen. Man kann den Spie ein wenig zum Feuer hinneigen, dann wird der obere Teil des Hähnchens eher gebräunt, der untere Teil eher nicht so.
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Vielleicht sollten wir gleich zu Beginn hier festhalten: Wenn du am Strand bist, und das Wasser zieht sich ins Meer zurück, dann ist das Zeichen für einen Tsunami. Eine große Welle, die kommen wird. Begib dich sofort in die andere Richtung – auf einen Hügel.
Gut. Soweit das wirklich Wichtige. Der Rest ist interessant.
Gezeiten ist das ruhige, regelmäßige und sehr bekannte Zurückziehen und Herkommen des Wassers im Laufe jeden Tages. Gezeiten entstehen, weil der Mond durch seine Anziehungskraft das Wasser anzieht, festhält sozusagen, und die Erde dreht sich in dieses Wasser hinein (Flut, es scheint so, als ob es auf uns zukommt), oder es dreht sich aus diesem Wasser heraus (Ebbe, es scheint so, als ob das Wasser von uns zurückweicht).
Anomalie des Wassers: Das bezieht sich auf die Temperatur. Wir wissen ja, kalte Körper sind dichter, sie ziehen sich zusammen. Bei Wasser ist die Maximale Dichte bei 4 Grad. (Das wird als Anomalie des Wassers bezeichnet). Bei dieser Temperatur ist es am dichtesten. Und dichtes Wasser ist (bezogen auf eine bestimmte Menge) schweres Wasser. Es befindet sich am Grund eines Sees. Auch im Winter hat es dort 4 Grad. Jede andere Temperatur bewirkt, dass Wasser weniger dicht ist. In Richtung 0 Grad und kälter wird es zu Eis (weniger dicht, es schwimmt oben auf), und alles zwischen 4 Grad und wärmer, auch dieses Wasser ist dann oben. Es entsteht also eine Schichtung des Wassers aufgrund seiner Temperaturen.
Strömungen entstehen, wenn Meerwasser zum Beispiel unterschiedliche Temperaturen hat, oder unterschiedlichen Salzgehalt. Die Ausgleichsbewegungen machen sich als Strömungen bemerkbar. Oder zwischen Inseln. Achtung: aufpassen beim Schwimmen, bei den “Locals” erkundigen, wo man gefahrlos schwimmen kann. Und Strömungen entstehen auch durch die Drehung der Erde als Gesamtes.
Der Golfstrom zum Beispiel bringt warmes Wasser aus Amerika nach Europa. Er ist eine sehr berühmte Meeresströmung.
Hinweis: Eine Radiosendung in 5 Teilen zu je 5 Minuten erzählt mehr über Meeresströmungen. Link zur Sendereihe.
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Die Erdoberfläche ist in Bewegung. Es handelt sich um die Bewegung der Kontinentalplatten. Sie werden in manchen gegenden auseinander gezogen, an anderen Stellen tauchen sie ab in die Tiefe. An den Rädern gibt es Vulkane. Erdbeben entstehen, wenn sich plötzlich Spannungsunterschiede ausgleichen. Wenn das in den Böden der Ozeane passiert, kann das eine oder mehrere große Wellen auslösen, die Uferregionen der angrenzenden Länder überschwimmen können: wir sprechen von Tsunamis. Das Erdmagnetfeld entsteht im Inneren der Erde und zieht sich bei den Polen austretend außerhalb der Erde um sie herum. Mit einem Kompass kann man das Erdmagnetfeld feststellen – man weiß damit auch wo Norden und Süden ist. Das Erdmagnetfeld “fängt” geladene Teilchen ein, die aus dem Weltraum zu uns kommen, und führt sie zu den Polen. In einem ringförmigen Gebiet um die Pole treffen sie auf die hohe Atmosphäre – Nordlichter entstehen.
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Das Wetter hat uns immer schon begleitet. Die Wetterkunde wird ach Meteorologie genannt. Es geht um ein Zusammenspiel von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Windgeschwindigkeit und Niederschlag. Um Bedeckung des Himmels und Sonnenscheindauer. Um Energie in der Atmosphäre. Die zum Beispiel wie im Golf von Mexiko aus dem warmen Wasser kommen kann – Hurricane entstehen. Aber auch ganz normales Wetter. Zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort kann man das Wetter feststellen. Über längere Zeiträume sprechen wir von Klima an dieser Stelle. Niederschlag ist alles, was vom Himmel fällt – Wasser, Schnee, Hagel. Und wenn es ein Gewitter gibt, haben sich die Wolken elektrisch aufgeladen an unterschiedlichen Stellen, auch im Vergleich zum Erdboden. Wenn es blitzt, gleichen sich die Ladungen aus, die transportierte Energie lässt die Luft ausdehnen, ganz plötzlich, ein Donner entsteht.
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Es ist wichtig zu wissen, dass Sonnenlicht aus einer Mischung aller Regenbogenfarben besteht. Diese Mischung erscheint dem Auge weiß. Isaac Newton ist es gelungen diese Mischung mit einem Prisma in seine einzelnen Farben zu zerlegen. Regentropfen können das auch – es entstehen die Regenbogenfarben, wenn die Sonne in einem passenden Winkel zum Regenbogen ist. Dass er ein Teil eines Kreises ist kann man nicht ganz leicht erklären, wir sagen mal kurz: “aus geometrischen Gründen ist das nicht anders möglich”.
Der Himmel ist blau, weil die Sonnenstrahlen die Atmosphäre durchqueren. Normalerweise – ohne Atmosphäre – würden wir nur genau an der Stelle einen hellen gleißenden Punkt (Fläche der Sonnenscheibe) sehen. Mit Atmosphäre wird das Licht gestreut, es kommt also auch von anderen Stellen des Himmels zu uns in unser Auge. Diese Streuung funktioniert mit blauem Licht am besten. Am Abend und am Morgen, wenn die Sonne nahe dem Horizont ist, ist der Weg der Lichtstrahlen zu uns sehr lange – durch die Atmosphäre wurde schon das ganze blaue Licht weggestreut, der Rest erscheint in seiner Mischung sehr gelb/oranger/rot.
Luftspiegelungen treten auf, wenn es unterschiedlich heiße Luftschichten gibt. Sie werden Fata Morgana genannt.
Ach ja, die Wolken sind weiß, wenn sie von der Sonne seitlich angeleuchtet werden, und schwarz/grau/dunkel, wenn die Sonne dahinter steht.
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Aus dem Weltraum fliegen allerlei Teilchen auf die Erde zu. Sie treffen in großer Höhe über der Erde auf die Atmosphäre – auf die Luft. Bei den Zusammenstößen der “kosmischen Strahlung” mit der Luft entsteht ein sogenannter “Teilchenschauer”. Durch die Energie der Kollision können auch neue Teilchen entstehen. Die Forschung an der Höhenstrahlung gibt uns Aufschluss darüber, woraus die Materie besteht, und welche Kräfte (Wechselwirkungen) es gibt.
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Wir haben ein Haus, in dem es warm sein soll, obwohl es draußen kalt ist. Wir möchten Gemüse züchten. Oder Pflanzen. Die brauchen es warm, auch wenn es draußen noch kalt ist. Dazu bauen wir das Haus mit vielen Glasfenstern. Wir nennen es Treibhaus. Die Sonne scheint durch das Glas herein und wärmt die Gegenstände, den Boden, die Pflanzen im Inneren auf. Warme Dinge strahlen ihrerseits Wärmestrahlung ab – die aber unsichtbar ist. Und: sehr wichtig: nicht durch das Glas geht. Die Wärme kann also das Treibhaus nicht verlassen. Das ist der Treibhauseffekt.
Die ganze Erde ist so ein Haus, und die Rolle des Glases übernimmt die Atmosphäre. Genau genommen die Treibhausgase in der Atmosphäre. Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Methan. Sie lassen die Sonne rein, die Wärme aber nicht raus. Das ist gut so, weil es sonst zu kalt wäre auf der Erde. Aber es ist schlecht, wenn die menschlich verursachten Treibhausgase zu viel werden. Dann wird es auf der Erde zu warm. Klimawandel. Klimakatastrophe.
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Polarlichter entstehen in ringförmigen Gegenden um die Pole der Erde. Also im hohen Norden und im tiefen Süden. Die Lichter entstehen, weil kosmische Strahlung vom Magnetfeld der Erde zu den Polen gebracht wird, und wo die magnetischen Feldlinien die Atmosphäre durchdringen, entstehen durch Kollisionen Lichterscheinungen. Aus der Farbe des Lichtes kann man bestimmen, aus welchen Atomen/Molekülen die Atmosphäre besteht – bei einer Leuchtstoffröhre funktioniert die Lichterzeugung ähnlich. Aber eben in einem technischen Gerät.
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Die Erde hat ein Magnetfeld. Es sieht aus wie von einem Stabmagneten – mit Nord und Südpol. Die Feldlinien des Magnetfelds gehen vom Nordpol zum Südpol außen (und innen) um die Erde rum. Das Magnetfeld außen um die Erde herum wird “Strahlungsgürtel” genannt. Genau genommen “Van Allen Gürtel”.
Dieser Strahlungsgürtel hat einen großen Vorteil. Teilchenstrahlung, die aus dem Weltraum kommt (Elektronen, Protonen), kann mit dem Magnetfeld der Erde eingefangen werden. Die geladenen Teilchen werden von den Magnetlinien “gefangen”, spiralisieren um diese Linien herum und werden zu den Polen gebracht. In einem ringförmigen Gebiet um die Pole durchstoßen die Feldlinien die Atmosphäre. Die Teilchen treffen auf die Luftteilchen der Atmosphäre und bringen sie zum Leuchten. Polarlicht entsteht.
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Das Wetter beschäftigt sich mit dem Zustand der Atmosphäre: Druck, Temperatur, Wind, Niederschlag, Sonnenschein. In jedem Moment der Gegenwart und der Geschichte herrscht an jedem Punkt der Erde ein bestimmtes Wetter, das in Wetteraufzeichnungen festgehalten und in Wetterprognosen für die nahe Zukunft vorhergesagt wird. Alles zusammen ergibt das Klima der Region. Klimamodelle versuchen auch die Änderungen des Klimas zu berechnen, die von Menschen verursacht werden.
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Die Erde wird von der Atmosphäre umgeben, von einer Luftschicht. In ihr befinden sich Wolken. Normalerweise sind elektrische Ladungen in der Erde und in den Wolken vermischt: Plus und Minus. Aber: die Ladungen können sich auftrennen. So kann zwischen der Oberseite und der Unterseite der Wolke eine elektrische Spannung entstehen, oder zwischen der Wolke und der Erde. Werden diese Spannungsunterschiede zu groß, gibt es Blitze. Die Luft im Blitzkanal wird dabei schockartig erhitzt, das ist der Donner. Schützen muss man sich als Mensch draußen nicht nur vor direktem Blitzschlag, sondern auch vor der Schrittspannung, wenn ein Bein näher an der Einschlagstelle ist, wie das andere, kann zwischen den Beinen Strom fließen. Schwimmen ist ebenso gefährlich, auch wenn der Blitz nicht direkt einschlägt, kann leicht ein Körperteil näher am Blitz sein, als der andere – die Schrittspannung, so heißt es auch hier, lässt Strom fließen. Also raus aus dem Wasser!
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Zum Wetter gehören typische Phänomene: Wolkenloser Himmel, Wolken. Regen. Schnee. Und Wind. Sonneneinstrahlung, klar, die gehört auch dazu. Und die Temperatur. Manchmal gibt es Sturm, ein Gewitter. Hagel vielleicht. In Summe: viele Wetterwerte, die allesamt gemessen werden. Entweder an Wetterstationen, oder durch uns, wenn wir bemerken, wie das Wetter gerade ist.
Aus den Messwerten und dem Verständnis, wie sich Wetter entwickelt, kann man das Wetter auch vorhersagen. Prognosemodelle werden erstellt.
Wichtig ist beim Wetter, dass es stark von der Temperatur abhängt, wieviel Wasser in der Luft gespeichert werden kann: als unsichtbarer Wasserdampf. Wenn die Luftfeuchtigkeit hoch ist, ist viel Wasser in der Atomsphäre. Wenn sie zu hoch ist, dann regnet es.
Wichtig ist auch beim Wetter der Luftdruck: der kann auf der einen Seite hoch sein, an einer anderen Stelle tief. Das ist wie bei einem Sandhaufen und eine Loch daneben. Wohin wird der Sand rieseln? Vom Haufen ins Loch. So ist das auch beim Wind, der durch Druckunterschiede entsteht.
Das ganze ändert sich dann noch tageszeitabhängig, weil die Sonne Energie liefert. Ist sie untergegangen, kühlt die Gegend aus.
Übrigens: Klima ist die langfristige Kenntnis der Wetterwerte einer Region.
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