Der Frühlingsanfang

Hallo, liebe Leser.

Heute, am 20. März um 17:57 Uhr war der astronomische Frühlingsanfang. Man sieht es, im Gegensatz zum letzten Jahr, sofort. Ein Blick aus dem Fenster genügt. Alles sprießt und grünt. Insekten sind schon unterwegs und die Temperaturen steigen. Die Sonne steht schon über 12 Stunden am Himmel.

Aber wieso ist der Frühlingsanfang schon am 20. und nicht am 21. März? Und der geneigte Leser weiß auch schon, dass es noch bis zum Jahr 2102 dauert, bis es wieder der 21. ist.

Wie man ja weiß, wird der Ostermontag auf den ersten Sonntag nach dem ersten Vollmond im Frühling gelegt. Bei dieser Berechnung wird der Frühlingsanfang immer auf den 21. März gelegt und daher ist der früheste Ostertermin auch der 22. März. Das passt doch nicht zusammen.

Wie ist der Frühlingsbeginn eigentlich definiert?

Ich versuche mal hier Klärung zu schaffen. Das Thema ist wirklich nicht so einfach.

Also:
Die Erde dreht sich um sie Sonne, klar soweit.
Die Erdachse ist um ca. 23,5° geneigt, auch klar.
Die Erdachse bleibt bei der Bahnbewegung um die Sonne in der Richtung (ziemlich) unverändert. Die Jahreszeiten entstehen nun dadurch, dass durch dieses Einhalten der Richtung der Erdachse die Sonne am Mittag im Winter ganz flach und im Sommer recht hoch steht. Auch das dürfte klar sein.

Man kann sich nun zwei große Kreise am Himmel vorstellen. Der erste wird gebildet durch die Projektion des Äquators, der zweite durch die Projektion der Umlaufbahn der Erde um die Sonne an den Himmel. Den ersten Kreis nennt Himmelsäquator, den zweiten die Ekliptik. Da die Ekliptik durch die Umlaufbahn der Erde um die Sonne festgelegt ist, ist umgekehrt die Sonne immer auf der Ekliptik unterwegs.

Der Himmelsäquator und die Ekliptik schneiden sich in zwei Punkten. Im ersten Punkt steigt die Sonne mit der Zeit über den Himmelsäquator, im zweiten sinkt sie darunter. Deshalb nennt man sie auf- bzw. absteigender Knoten. Uns interessiert hier der erste, den man auch Frühlingspunkt nennt. Wandert nämlich die Sonne durch diesen Punkt, genau dann ist Frühlingsanfang. Das kann man auch sehr genau berechnen. Wartet man von einem Durchgang durch den Frühlingspunkt zum nächsten, dann ist genau ein Jahr vergangen. Dieses Jahr ist mit den Jahreszeiten verknüpft und daher ist unser Kalender daran ausgerichtet. Man bezeichnet es als tropisches Jahr.

Ich hatte geschrieben, dass die Erdachse „ziemlich“ genau die Richtung beibehält. Wie immer beim Thema Astronomie stimmt das nur angenähert. In Wirklichkeit bewegt sich die Erdachse wie bei einem Kreisel, das ist die Präzession. Dem überlagern sich noch weitere Effekte, aber das führt hier denn doch zu weit. Wenn die Erdachse genau einmal herumgekreiselt ist, das dauert 25780 Jahre, dann ist ein platonisches Jahr abgelaufen.

Zurück zum Frühlingsanfang. Wenn man den berechnen will, dann muss man folgendes wissen:
Das tropische Jahr dauert im Mittel, also über eine volle Kreiseldrehung der Erdachse gemittelt, 365,242198… Tage.

Das kalendarische Jahr wurde durch Einführung von Schalttagen daran weitgehend angepasst. Das geht nach dem 1582 von Papst Gregor eingeführten Kalender folgendermaßen:
Alle 4 Jahre wird zum normalen Jahr von 365 Tagen ein Tag hinzugezählt (Schalttag am 29. Februar).
Dieser Schalttag fällt aus, wenn das Jahr ganzzahlig durch 100 teilbar ist. Wenn das Jahr aber ganzzahlig durch 400 teilbar ist, dann ist es doch ein Schaltjahr. Damit ergibt sich eine mittlere kalendarische Tageslänge von 365 + 1/4 - 1/100 + 1/400. Das ergibt 365,2425 Tage, schon recht nahe am tropischen Jahr dran.

Und jetzt wird es kompliziert:
Durch die Kreiseldrehung der Erdachse wandert auch der Frühlingspunkt in einem platonischen Jahr einmal herum. Nun bewegt sich die Erde aber auf einer Ellipse um die Sonne. Wenn sie im Sommer etwas weiter von der Sonne entfernt ist, dann bewegt sie sich langsamer. Darum ist der Sommer auch ein paar Tage länger als der Winter. Derzeit wandert der Frühlingspunkt während eines Jahres ein Bisschen weiter in Richtung größerer Sonnenentfernung, daher ist das tropische Jahr jetzt etwas länger, als der mittlere Wert. Erst in ein paar tausend Jahren wird es wieder kürzer.
Ich konnte nicht anders, ich musste das berechnen. Das Ergebnis habe ich im Bild 1 dargestellt. Hier sind noch weitere Korrekturen enthalten, z. B. der Einfluss der anderen Planeten auf die Erdbahn. Will man den Frühlingsbeginn auf eine Minute genau berechnen, dann muss man schon alles berücksichtigen. Aber im Computerzeitalter geht das ja. Die grüne Linie zeigt die mittlere kalendarische Jahreslänge, die rote die mittlere julianische.

Zur Berechnung des Frühlingsanfangs bildet man nun die Differenz zwischen der Anzahl der Tage im Kalenderjahr (365 bzw. 366 Tage nach der gregorianischen Kalenderregel) zur Länge des tropischen Jahres. Ich habe das mal für die Jahre 1850 bis 2120 berechnet. Im 2. Bild habe ich mit roter Markierung das Jahr 2102 gekennzeichnet. Und siehe da, dann ist der Frühlingsanfang endlich wieder am 21. März. Und noch eins kann man sehen: Im Jahr 2048 ist der Frühlingsanfang erstmalig am 19. März. Anhand dieser Grafik wird es nun klar, warum wir so lange warten müssen. Es ist der nicht ausgefallene Schalttag im Jahr 2000. Erst wenn im Jahr 2100 der Schalttag ausfällt, schiebt sich der Frühlingsanfang wieder weiter in Richtung 21. März.
So, ich hoffe, nun ist alles klar, oder?