Wie viele Minuten in einem Jahr?

Es scheint einige Verwirrung zu geben. Die Anzahl der Sonnentage in einem Jahr unterscheidet sich von der Anzahl der Sterntage im Jahr um 1 – diese Differenz ist natürlich darauf zurückzuführen, dass 1 Umlauf um die Sonne pro Jahr den Sonnentag beeinflusst.

Zurück zur Anzahl der Tage in einem Jahr: Abgesehen von Gezeitenresonanzen gibt es keinen Grund dafür, dass die Länge eines Tages der Länge des Jahres entspricht; es ist was es ist: 365.2425

Daran erinnere ich mich wie folgt:

365 Tage im Jahr

+1/4 Alle 4 Jahre ein Schaltjahr

-1/100 Außer in Jahren, die auf „00“ enden

+1/400 Es sei denn, das Jahr ist durch 400 teilbar (z. B. Y2K)

365.2425

so dass 2000 ein Schaltjahr war.

Aus 4 Minuten am Tag werden im Jahr 24,3 Stunden – also die Zeit, die die Erde braucht, um sich ungefähr einmal zu drehen. Dies ist im Wesentlichen der Grund, warum der Unterschied zwischen dem Sternentag und dem Sonnentag 4 Minuten beträgt.

Mit Schaltjahren hat das nichts zu tun. Diese entstehen, weil die Umlaufzeit der Erde 365,2422 Tage beträgt. Also haben wir alle 4 Jahre einen Tag zum Jahr hinzugefügt, damit die Dinge nicht zu sehr abdriften - aber das überkorrigiert, so dass jedes Jahrhundert das Schaltjahr weggelassen wird. Das geht dann aber etwas zu weit in die andere Richtung, so dass tatsächlich alle 400 Jahre (z. B. 1600, 2000) das Jahrhundertjahr ein Schaltjahr hat. Dies kommt ziemlich nahe an 365,2422.

Ganz grob: Wir holen die vier Minuten über unsere Umrundung der Sonne nach .

Die 23-Stunden-56-Minuten-Rotation der Erde hält die Sterne an jedem Sternentag am selben Ort; Die 24-Stunden-Rotation der Erde hält die Sonne jeden Sonnentag an der gleichen Stelle am Himmel. Wir bewegen uns im Laufe des Jahres um die Sonne, also müssen wir noch ein paar Minuten hinzufügen, um das zu berücksichtigen.

Die vier Minuten sind relevant für Dinge wie Satelliten, die sich nur um die Rotation um und des Planeten kümmern, aber für den Kalendergebrauch sind sie nicht wichtig, da unser Kalender darauf basiert, wo die Sonne am Himmel steht.

All dies bedeutet, dass Sie den Sternentag für die meisten Zwecke getrost ignorieren können; Daher hat der Unterschied von vier Minuten nichts mit Schaltsekunden und dergleichen zu tun, die alle in Bezug auf Sonnentage definiert sind .

Wenn wir "365,25 Tage" sagen, von welchem ​​Tag sprechen wir (siderisch oder solar)?

Sonnentage!

Dies ist im Grunde "zufällig"; es gibt keinen (wesentlichen) Zusammenhang zwischen der Länge eines Tages und der Länge eines Jahres; wir drehen uns, während wir die Sonne umkreisen, und es wäre ein ziemlicher Zufall, wenn wir zur selben Zeit wieder genau dort wären, wo wir mit der Drehung begonnen haben, wie wir im Orbit wieder dort sind, wo wir begonnen haben.

(Dies kann und wird tatsächlich als Ergebnis von Orbitalresonanzen passieren, das berühmteste Beispiel ist der Mond, der fast vollständig von den Gezeiten erfasst wird. Aber hey.)

Der zusätzliche Vierteltag ist nur darauf zurückzuführen, hat nichts mit dem siderischen Offset zu tun.

Mein Lehrer sagte, dass die 44 Minuten, die wir gewinnen, weil der Sonnentag länger ist als der Sterntag, die 0,25 (ish) mehr verursacht haben, was den 29. Februar verursacht.

Dein Lehrer liegt falsch.

Das liegt eigentlich auf der Hand, denn 44 Minuten sind noch lange kein Vierteltag.

Weniger wackelige Zusammenfassung aus dem Wikipedia-Artikel über Sternzeit :

Die Sternzeit ist ein Zeitmesssystem. Es wird von Astronomen verwendet, um Himmelsobjekte zu finden. Unter Verwendung der Sternzeit ist es möglich, ein Teleskop auf die richtigen Koordinaten am Nachthimmel zu richten.

Die Sternzeit ist eine "Zeitskala, die auf der relativ zu den Fixsternen gemessenen Rotationsgeschwindigkeit der Erde basiert".

Da sich die Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne bewegt, ist ein mittlerer Sonnentag etwa vier Minuten länger als ein Sternentag. Somit scheint ein Stern im Vergleich zur Sonnenzeit jede Nacht vier Minuten früher aufzugehen. Zu verschiedenen Jahreszeiten sind unterschiedliche Sterne sichtbar.

Im Gegensatz dazu wird die Sonnenzeit durch die Bewegung der Erde aus der Perspektive der Sonne berechnet. Ein durchschnittlicher Sonnentag (24 Stunden) ist länger als ein Sterntag (23 Stunden, 56 Minuten, 4 Sekunden), da sich die Erde jeden Tag auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne bewegt.

Es gibt auch einige gute Antworten auf Stack Exchange, die auf unterschiedliche Weise dasselbe sagen (wenn Sie sie also alle lesen, haben Sie es verstanden!); zum Beispiel:

• https://physics.stackexchange.com/a/300201/17547

Und zum Schluss noch eine nützliche Illustration:

^{Aus " KOSMOS "; © Swinburne University of Technology (und ich hoffe, dass dies als faire Nutzung gilt)}

Die geozentrische Illusion

Ein astronomisches Jahr ist die Zeit, die die Erde für einen kompletten Umlauf um die Sonne benötigt. Während dieser Zeit dreht sich die Erde (ungefähr) 366,2422 Mal um ihre Achse in West-Ost-Richtung.

Dies erzeugt, von der Erdoberfläche aus gesehen, die Illusion von fernen Sternen, die sich 366,2422 Mal pro astronomischem Jahr in Ost-West-Richtung um die Erde drehen. Die Sonne scheint sich natürlich auch von Ost nach West um die Erde zu drehen, aber nicht ganz so schnell wie die fernen Sterne. Aufgrund der Rotation der Erde um die Sonne ändert sich die Richtung der Verbindungslinie zwischen Erde und Sonne jeden Tag ein wenig, was dazu führt, dass sich die scheinbare Position der Sonne relativ zu den fernen Sternen jeden Tag ein wenig ändert. In einem ganzen astronomischen Jahr summieren sich diese kleinen Änderungen zu einer vollständigen Umdrehung - mit anderen Worten, die fernen Sterne scheinen die Sonne auf ihrem Weg um die Erde genau einmal pro astronomischem Jahr zu "umrunden".

Daraus schließen wir, dass sich die Sonne scheinbar 365,2422 Mal pro astronomischem Jahr um die Erde dreht – also genau eine Umdrehung weniger, als die fernen Sterne in der gleichen Zeit vollziehen.

Stern- und Sonnentage

Ein Sternentag ist die Zeit, die es dauert, bis die fernen Sterne scheinbar einmal um die Erde kreisen. Das ist eindeutig 1/366,2422 mal ein astronomisches Jahr, und das ergibt (ungefähr) 23 Stunden, 56 Minuten, 4,09 Sekunden.

Ein Sonnentag ist die Zeit, die die Sonne braucht, um sich einmal um die Erde zu drehen. Im Durchschnitt ist dies 1/365,2422 mal ein astronomisches Jahr, also (fast genau) 24 Stunden. Dies ist ein Durchschnittswert – Sonnentage können tatsächlich bis zu fast einer halben Minute länger oder kürzer als 24 Stunden sein. Aber unser Zeitsystem basiert auf einem "Tag", der dem durchschnittlichen Sonnentag entspricht - offensichtlich 24 Stunden - und daher können wir sagen, dass ein astronomisches Jahr (ungefähr) 365,2422 unserer Tage ist.

Schwankungen im Sonnentag

Im Allgemeinen dauert ein Sonnentag entweder etwas mehr oder etwas weniger als 24 Stunden und variiert je nach Jahreszeit. Es gibt zwei verschiedene Ursachen für diese Variation, eine mit einem Zeitraum von einem Jahr und eine mit einem Zeitraum von einem halben Jahr. Die beiden Ursachen verstärken sich manchmal gegenseitig, manchmal heben sie sich teilweise auf.

Der erste Grund für eine Variation in der Länge eines Sonnentages ist die leichte Neigung zwischen dem Äquator und der Erdbahn. Dies führt dazu, dass die scheinbare Richtung des Sonnenwegs über dem Hintergrund entfernter Sterne leicht variiert. Zur Sonnenwende (Juni und Dezember) ist seine Richtung von West nach Ost relativ zu den fernen Sternen, aber zu anderen Jahreszeiten gibt es entweder eine leichte Nord- oder eine leichte Südkomponente der scheinbaren Bahn der Sonne. Das bedeutet, dass sich die scheinbare Position der Sonne zur Sonnenwende direkt von den scheinbaren Flugbahnen der entfernten Sterne zurückzieht, was bedeutet, dass sie die Sonne zu dieser Zeit am schnellsten „überholen“; und weniger schnell zu anderen Zeiten, wenn sich der scheinbare Sonnenstand stärker nach Norden oder Süden zurückzieht.

Der zweite Grund für eine Variation in der Länge eines Sonnentages ist die Elliptizität der Erdumlaufbahn. Die Erde hält keinen konstanten Abstand zur Sonne ein. Sie erreicht ihre maximale Entfernung Anfang Juli, danach beginnt sie von der Schwerkraft der Sonne angezogen zu werden. In der zweiten Hälfte des Kalenderjahres kommt die Erde der Sonne also immer näher und nimmt auch in ihrer Geschwindigkeit um die Sonne zu . Er erreicht Anfang Januar seine größte Annäherung an die Sonne und beginnt dann, sich wieder nach außen zu bewegen, wobei die Sonne ihn die ganze Zeit zurückzieht und verlangsamt. Daher ist ihre größte Annäherung auch die Zeit, in der sich die Erde am schnellsten bewegt; und seine weiteste Entfernung tritt zu der Zeit auf, wenn es sich am langsamsten fortbewegt. Die Änderung der Geschwindigkeit der Erde um ihre Umlaufbahn führt zu einer Änderung der Geschwindigkeit der Sonne. s scheinbare Bahn um die Erde. Im Dezember und Januar, wenn die scheinbare Bahn der Sonne um die Erde im Vergleich zu den fernen Sternen am schnellsten ist, ist sie in Bezug auf ihre Höhe über dem Horizont am langsamsten. Ende Juni und Anfang Juli tritt das Gegenteil ein, und die scheinbare Bahn der Sonne ist in Bezug auf ihre Höhe über dem Horizont am schnellsten. Das bedeutet, dass sich der Sonnentag im Dezember und Januar verlängert und in der Jahresmitte verkürzt.

Diese beiden Ursachen wirken im Dezember zusammen, um die längsten Sonnentage hervorzubringen. Die kürzesten Sonnentage treten im August auf. Zu anderen Zeiten des Jahres, wie Februar und Oktober, arbeiten die beiden Ursachen tendenziell gegeneinander und ergeben Sonnentage, die fast 24 Stunden lang sind. Das Muster von langen und kurzen Sonnentagen ist etwas kompliziert, aber im Laufe des Jahres wird der Durchschnitt von 24 Stunden beibehalten.

Kalenderjahre

Der größte Teil der Welt verwendet ein Kalendersystem namens Gregorianischer Kalender, in dem einige Kalenderjahre 365 Tage haben und andere 366. Die Idee dieses Kalenders ist es, das durchschnittliche Kalenderjahr in der Länge einem astronomischen Jahr nahe zu bringen. Es hat alle vier Jahre ein Schaltjahr, mit Ausnahme von drei "außergewöhnlichen" Nicht-Schaltjahren alle 400 Jahre. Insgesamt 97 von 400 Schaltjahren ergeben ein durchschnittliches Kalenderjahr von 365,2425 Tagen, was einem astronomischen Jahr nahe kommt.

Ein viel genauerer Kalender ist der Solar-Hijra-Kalender, der im Iran und in Afghanistan verwendet wird. Es hat auch Jahre von 365 Tagen und Jahre von 366 Tagen, wobei ein Schaltjahr entweder jedes vierte oder jedes fünfte Jahr in einem komplizierten Muster auftritt, das 2820 Jahre umfasst. Das Muster gibt uns 683 von 2820 Schaltjahren für ein durchschnittliches Kalenderjahr von 365,2422 Tagen – unglaublich nahe an der Länge eines astronomischen Jahres.

Die Frage nach dem Unterschied zwischen Sonnen- und Sternentagen wurde gut behandelt, aber ich denke, ich kann noch etwas nützliches zu Schaltjahren hinzufügen.

Ich finde, der einfachste Weg, Schaltjahre zu verstehen, ist, sich vorzustellen, wie die Erde ein Jahr lang um die Sonne kreist. Nach 365 Tagen hat er noch nicht ganz den gleichen Punkt auf seiner Umlaufbahn erreicht, und es dauert einen zusätzlichen Vierteltag, um dorthin zu gelangen. Ein Tag ist in diesem Fall das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, an denen die Sonne an einem bestimmten Ort auf der Erde genau nach Süden steht*. Im nächsten Jahr ist die Erde einen halben Tag und im nächsten Jahr einen 3/4 Tag zurück. Im vierten Jahr wäre es ein ganzer Tag weniger, also stecken wir einen zusätzlichen Tag in das Jahr, damit die Erde weiter entlang ihrer Umlaufbahn wandert, genug, um an den gleichen Ort zu gelangen, an dem sie vor vier Jahren war.

Der "Vierteltag" ist nicht genau, die Differenz ist etwas geringer, so dass wir mit den Jahren etwas zu weit kommen. Der genaue (sehr, sehr nahe) Wert ist 97/400 eines Tages kurz (ein Viertel wäre 100/400 oder natürlich 1/4). Dieser Unterschied wird korrigiert, indem alle 400 drei Schaltjahre ausgelassen werden, daher die Regel über Jahrhundertjahre. Diese Korrektur ist gut genug für viele tausend Jahre, bis sich die Rotation und Umlaufbahn der Erde geändert haben und ein völlig anderer Satz von Formeln benötigt wird

* Tatsächlich variiert auch die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Mittagen, und ich habe das in einer anderen Antwort behandelt, siehe Wintersonnenwende, Sonnenaufgangs- und Sonnenuntergangszeiten.