Wie schnell bewegt sich die Erde im kosmischen Maßstab?

Die Erde, dieser blaue Planet, tanzt nicht nur um ihre Achse und bewegt sich gemächlich um die Sonne, sondern bewegt sich im Tempo der Milchstraße auch in die Tiefen des Universums.

Egal aus welcher Dimension Sie die Erde betrachten, sie bewegt sich ständig. Der blaue Planet dreht sich um seine Achse und vollendet etwa alle 24 Stunden eine Umdrehung. Während sie sich dreht, dreht sich die Erde auch um die Sonne und legt dabei jedes Jahr eine Strecke von fast 1 Milliarde Kilometern zurück. Das gesamte Sonnensystem, einschließlich der Sonne, der Planeten und ihrer Satelliten, befindet sich in der Milchstraße und umkreist das Zentrum der Milchstraße in einem Zeitrahmen, der die Menschheitsgeschichte übersteigt.

Darüber hinaus bewegt sich die Milchstraße innerhalb der Lokalen Gruppe von Galaxien, die sich selbst durch den interstellaren Raum bewegt.

Obwohl wir die Bewegung der Erde auf der Erde kaum spüren können, können wir durch Beobachtungen des Universums die Bewegung der Erde auf verschiedenen kosmischen Skalen genau verstehen.

Bildunterschrift: Fotos der Erde, aufgenommen von der Messenger-Sonde der NASA

Rotationsgeschwindigkeit der Erde

Die Frage nach der Rotationsgeschwindigkeit der Erde scheint einfach zu sein, doch die Antwort darauf ist komplex und vielfältig und hängt ganz von Ihrem genauen Standort auf der Erde ab.

Wenn wir die Erde als „starren Körper“ betrachten, bedeutet dies, dass die Bewegung jedes Punkts auf ihrer Oberfläche relativ zu anderen Punkten relativ konstant bleibt. Die Erde dreht sich einmal um ihre Achse und fast jeder Punkt auf ihrer Oberfläche macht eine vollständige Umdrehung durch, die etwa 23 Stunden, 56 Minuten und 4,09 Sekunden dauert, nicht die 24 Stunden, die wir normalerweise annehmen.

Der Unterschied zwischen diesen beiden Zeiten ergibt sich aus dem Einfluss der Erdumdrehung um die Sonne , was bedeutet, dass sich die Erde von einem Sonnenaufgang zum nächsten Sonnenaufgang oder von einem Sonnenuntergang zum nächsten Sonnenuntergang um mehr als 360 Grad drehen muss.

Der durchschnittliche Radius der Erde beträgt etwa 6.371 Kilometer, aber die Rotationsgeschwindigkeit an einem bestimmten Punkt wird aufgrund des welligen Geländes und der Gesamtform der Erde (der Äquator ist gewölbt und die Pole sind komprimiert) unterschiedlich sein.

Beispielsweise rotiert ein Mensch am Äquator mit der Erde mit 1.676 km/h, während sich ein Mensch auf 45 Grad nördlicher oder südlicher Breite langsamer, nämlich mit etwa 1.183 km/h, bewegt. Am Nordpol oder am Südpol vollführen die Menschen eine Umdrehung, bewegen sich aber nicht wirklich.

Die Erdrotation bringt auch andere interessante Phänomene mit sich. Beispielsweise ist in Gebieten mit höheren Breitengraden die Gravitationsbeschleunigung größer, da sie näher am Erdmittelpunkt liegen. Aufgrund der höheren Rotationsgeschwindigkeit in Äquatornähe ist weniger Energie erforderlich, um eine Rakete in den Weltraum zu befördern. Deshalb sind tropische Regionen die bevorzugten Standorte für Raketenstarts.

Darüber hinaus verlangsamen die Gezeiteneffekte von Mond und Sonne die Erdrotation allmählich, wodurch sich die Rotationsperiode der Erde um etwa 14 Nanosekunden pro Jahr verlängert. Vor etwa 4 Milliarden Jahren, in der Frühzeit des Sonnensystems, rotierte die Erde viel schneller als heute und ein Tag dauerte statt 24 Stunden nur 6 bis 8 Stunden.

Die Geschwindigkeit der Erdumdrehung um die Sonne

Die Umdrehung der Erde um die Sonne ist viel schneller als ihre Rotation. Die durchschnittliche Entfernung zwischen Erde und Sonne beträgt etwa 150 Millionen Kilometer. Um eine stabile, nahezu kreisförmige Umlaufbahn aufrechtzuerhalten, muss sich die Erde mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 Kilometern pro Sekunde bewegen.

Diese Geschwindigkeit variiert, während sich die Erde vom Perihel zum Aphel bewegt, und erreicht ein Maximum von 30,29 km/s und ein Minimum von 29,29 km/s, was einem Unterschied von etwa 3 % entspricht.

Bildunterschrift: Die Lage des Sonnensystems in der Milchstraße

Wie lange braucht das Sonnensystem, um das Zentrum der Milchstraße zu umkreisen?

Die Milchstraße enthält Hunderte Milliarden Sterne, die unter der Anziehungskraft des Sterns das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie umkreisen. Auch unsere Sonnenanlage befindet sich darin. Obwohl er etwa 27.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße entfernt ist, wird er dennoch durch die enorme Gravitationskraft „gebunden“ und dreht sich auf einer elliptischen Umlaufbahn um das Zentrum der Milchstraße.

Die Zeit, die die Sonne benötigt, um die Milchstraße zu umkreisen, ist extrem lang und beträgt ungefähr 220 bis 250 Millionen Jahre. Das heißt, als die Sonne zuletzt ihre aktuelle Position innerhalb der Milchstraße einnahm, waren die Dinosaurier gerade auf der Erde aufgetaucht.

Man schätzt, dass die Umlaufgeschwindigkeit der Sonne in der Milchstraße etwa 220 km/s beträgt, was dem Siebenfachen der Umlaufgeschwindigkeit der Erde um die Sonne entspricht. Dabei ist zu beachten, dass dieser Wert mit einer Unsicherheit von etwa 20 km/s behaftet ist, was bedeutet, dass die Genauigkeit der Berechnung der Umlaufgeschwindigkeit der Sonne in der Milchstraße durch die Wissenschaftler lediglich etwa 10 % beträgt.

Bildunterschrift: Die Umlaufbahn der Planeten des Sonnensystems liegt etwa 60 Grad von der Umlaufbahn der Sonne in der Milchstraße entfernt.

Wie schnell ist die Milchstraße in der Lokalen Galaxiengruppe?

Die Milchstraße ist jedoch nicht nur eine unabhängige Galaxie im Universum, sondern auch Mitglied der Lokalen Gruppe von etwa 60 Galaxien und interagiert mit anderen Galaxien, darunter auch der Andromedagalaxie.

Die größte und massereichste Galaxie in unserer lokalen Gruppe ist die Andromedagalaxie , die etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt ist und möglicherweise doppelt so massereich ist wie die Milchstraße.

Da die Andromedagalaxie zu weit entfernt ist, um ihre Positionsänderungen im Laufe der Zeit auf menschlichen Zeitskalen genau zu verfolgen, können wir messen, wie schnell sie sich bewegt. Beobachtungen von Astronomen zeigen, dass wir und die Andromedagalaxie uns mit einer Geschwindigkeit von etwa 301 km/s nähern.

Aus der Kombination von Richtung und Geschwindigkeit der Sonnenbewegung innerhalb der Milchstraße können wir schlussfolgern, dass sich die Milchstraße und die Andromedagalaxie mit einer Geschwindigkeit von 109 km/s einander nähern. Dies bedeutet, dass wir uns gerade im Prozess einer Kollision zwischen diesen beiden Galaxien befinden und dass in etwa 4 Milliarden Jahren langsam eine spektakuläre Galaxienverschmelzung beginnen wird.

Bildunterschrift: Diese Fotoserie zeigt die allmähliche Verschmelzung der Milchstraße und der Andromedagalaxie, wie sie am Himmel über der Erde erscheint.

Wie schnell bewegt sich die Lokale Galaxiengruppe durch den interstellaren Raum?

Was die Geschwindigkeit betrifft, mit der die Lokale Gruppe durch den intergalaktischen Raum reist, ist die Situation sowohl komplex als auch interessant. Im weiteren Universum wirkt der Virgo-Superhaufen als starke Gravitationsquelle und zieht die Lokale Galaxiengruppe mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 km/s an.

Auf der anderen Seite des Universums gibt es jedoch eine Region mit wenig Materie, die uns mit ähnlicher Geschwindigkeit abstößt. Die kombinierte Anziehungs- und Abstoßungskraft führt dazu, dass die Nettobewegungsgeschwindigkeit dieser Galaxiengruppe im Universum etwa 600 Kilometer pro Sekunde erreicht.

Wohin eilen wir im kosmischen Maßstab?

Wenn wir die Rotation und Umdrehung der Erde, die Bewegung der Sonne in der Milchstraße, die relative Bewegung der Milchstraße und der Andromedagalaxie sowie die Bewegung der Lokalen Gruppe von Galaxien, die von der umgebenden kosmischen Struktur beeinflusst wird, berücksichtigen, können wir zu folgendem Schluss kommen: Zu jedem Zeitpunkt beträgt die Gesamtgeschwindigkeit, mit der wir uns im Universum bewegen, etwa 368 km/s und zeigt in Richtung Löwe.

Diese Geschwindigkeit schwankt im Jahresverlauf aufgrund der Erdumdrehung und kann um bis zu 30 Kilometer pro Sekunde variieren. Diese Schlussfolgerung wird durch Messungen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung gestützt: In unserer Bewegungsrichtung (Löwe) ist es heißer und in der entgegengesetzten Richtung (Wassermann) kühler.

Um die Frage „Wie schnell bewegt sich die Erde durch das Universum?“ genau zu beantworten? wir müssen einen klaren Bezug haben. Ist es die Rotationsgeschwindigkeit der Erde selbst oder ihre Bewegung relativ zur Sonne? Ist es relativ zur Milchstraße oder zur Lokalen Gruppe oder relativ zu anderen großräumigen Strukturen im Universum? Oder ist es relativ zur kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, die vom Urknall übrig geblieben ist? Es gibt keine absolute Stille im Universum; alles ist in ständiger Bewegung und Interaktion.

Durch die Vertiefung der wissenschaftlichen Forschung und die Verbesserung der Genauigkeit der Milchstraßenkarte hoffen wir, die Bewegung der Erde und der lokalen Galaxiengruppe im Universum in Zukunft präziser vorhersagen zu können, und zwar mit einer Genauigkeit, die weit über unsere heutige Vorstellungskraft hinausgeht.

Verweise

https://bigthink.com/starts-with-a-bang/fast-earth-move/

Zusammengestellt von: Wen Xing

Rezensiert von: Li Xin, Forschungsbibliothekar des Beijing Planetarium