Umlaufzeit

Die Umlaufzeit ist in der Astronomie die Zeit, in der ein Himmelskörper auf seiner Umlaufbahn eine vollständige Umrundung zu einem Bezugspunkt vollführt, also die Dauer einer Revolution.

Grundlagen

Hierbei ist zu beachten, dass es verschiedene Bezugspunkte geben kann, zu denen die vollständige Umrundung von 360° gemessen wird: So kann z. B. die Umlaufzeit des Mondes mit oder ohne Einrechnung der gleichzeitigen Bewegung der Erde um die Sonne angegeben werden.

Die astronomischen Koordinatensysteme liegen im allgemeinen nicht gegeneinander ortfest im Raum. Daher wird die Umlaufzeit gegen ein möglichst statisches Bezugssystem angegeben:

• Entweder dient dafür der Sternhimmel, eine solche Umlaufzeit wird siderische Periode (relativ zu den Sternen) genannt.
• Oder die Umlaufzeit wird in der Bahnebene in Bezug auf das Perizentrum (den Mittelpunktsnähsten Punkt der Bahnellipse) gemessen, das ist die anomalistische Periode, die Bahnperiode, wie sie sich aus dem dritten Keplergesetz ergibt.
• Speziell bei der Erde ist die tropische Periode entscheidend, sie berücksichtigt die Drift des Frühlingspunktes, der der Basisbezugspunkt für alle geozentrischen Koordinatensysteme ist
• Für Langzeitberechnungen von Galaxien ist deren Mittelpunkt ausschlaggebend, so für die Milchstraße das galaktische Zentrum (galaktisches Koordinatensystem).

Der Bezug kann aber auch die (scheinbare) Sonnenposition sein (synodische Periode), der Knoten einzelner Planetenbahnen (drakonitische Periode), der Schwerpunkt des gesamten Sonnensystem oder seinem Gesamtmassenzentrum (baryzentrische Periode) oder der „Rest des Universums“ (siehe Inertialsystem) sein.

Tabelle: Umlaufzeiten im Sonnensystem

Die Umlaufzeiten folgen dem newtonschen Gravitationsgesetz bzw dritten Keplerschen Gesetz:

$U = \sqrt{\frac{4 \pi^2 a^3}{G \left(M_1 + M_2\right)}}$

mit

• U die Umlaufzeit,
• a die Große Halbachse,
• M₁ und M₂ die Massen des Zentralkörpers und des Satelliten,
• G die Gravitationskonstante.

Nachfolgende Tabelle enthält die Zeiten für die synodischen, siderischen bzw. anomalistschen Umlaufperioden der Planeten des Sonnensystems, eines Körpers im Asteroidengürtel und von Transneptunen, sowie des Erdmondes, Satelliten und der Sonne (angegeben in Tagen und Kalenderjahren):

• Außer beim Erdmond ist die Differenz zwischen anomalistscher Bahnperiode und siderischer Umlaufzeit in dieser Genauigkeit vernachlässigbar, weil die Perizentren der Planeten und Planetoiden sich im Vergleich zur Umlaufdauer nur minimal verschieben (Perizentrumsdrehung).
• Im Unterschied zum Mond sind die synodischen Umlaufzeiten bei Merkur, Venus deutlich länger, ab Mars und den äußeren Planeten (der Ausdruck „innen/außen“ bezieht sich auf den Asteroidengürtel, nicht die Erde) hingegen wieder zunehmend kürzer. Die genaue Erklärung dafür siehe im Abschnitt Planeten des Artikels Synodische Umlaufzeit.

Objekt	siderische / anomalistsche Umlaufzeit „in Bezug zu den Fixsternen / der Bahngeometrie“	synodische Umlaufzeit „in Bezug zu Erde und Sonne“
ISS	00001,51 StundenI1	0001,53 StundenI2
Geosynchron	00023,93 StundenG1	0024,00 Stunden
MondM1	000027,322 Tage / 000027,554 TageM2	0029,53 Tage
Merkur	000087,969 Tage	0115,88 Tage
Venus	000224,701 Tage	0583,92 Tage
ErdeE1	000365,256 Tage	000–
Mars	000686,980 Tage	0779,94 Tage
Ceres	000004,600 Jahre	0466,72 Tage
Jupiter	000011,862 Jahre	0398,88 Tage
Saturn	000029,458 Jahre	0378,09 Tage
Uranus	000084,014 Jahre	0369,66 Tage
Neptun	000164,793 JahreNP	0367,49 Tage
Pluto	00~248,200 JahreNP	0366,73 Tage
Quaoar	00~285,970 Jahre	0366,54 Tage
Sedna	~10040 000 Jahre	0365,29 Tage
SonneS.	0~ 230 Mio. Jahre	000–

^I1 Anomalistische Umlaufzeit: 91,4887 Minuten^[1]

^I2 Das ist die Zeit zwischen zwei Sonnenaufgängen für einen ISS-Astronauten. Die ISS läuft prograd um die Erde, daher kommt ihr die Sonne „entgegen.“ Bis sie wieder über einem Breitenkreis ankommt, vergehen 1,61 Stunden

^G. 1 siderischer Tag

^M1 Zur Bahnperiode des Mondes siehe ausführlich: Mondbahn

^M2 Die drakonitische Periode ist die Zeit zwischen zwei Durchgängen durch denselben Mondknoten. Sie spielt für die Finsternisse eine Rolle, bei den Planeten und Kleinplaneten ist sie ohne sonderliche Aussage

^E1 Zur Bahnperiode der Erde siehe ausführlich: Erdbahn

^NP Die Bahnperioden von Neptun und Pluto sind so lang, dass die moderne Astronomie sie noch nicht vollständig erfasst hat. Die angegebenen Werte beruhen auf Planetentheorien (wie der VSOP 87), die in Modellrechnungen dann sinnvolle Ergebnisse liefern. Die Bestätigung durch Messung steht aber noch aus. Am 11. April 2009 hat Neptun seine erste vollständig beobachtete Periode vollendet, und kann relativ genau angegeben werden.

^S. Um das Zentrum der Milchstraße, siehe Lage der Sonne im Milchstraßensystem

Umrechnung synodisch – siderisch

Siderische Periode (1 nach 2) und Synodische Periode (1 nach 3).

T_E = siderische Umlaufzeit der Erde

Äußere Planeten:

$T_\mathrm{sid} = \frac{T_\mathrm{E}}{T_\mathrm{syn}-T_\mathrm{E}} \cdot T_\mathrm{syn}$

Innere Planeten:

$T_\mathrm{sid} = \frac{T_\mathrm{E}}{T_\mathrm{syn}+T_\mathrm{E}} \cdot T_\mathrm{syn}$

Tabelle: Umlaufzeiten Sonne, Mond, Erde und abgeleitete Zeitgrößen

Eine Tabelle über die mittleren Daten, Standardepoche J2000.0, und die abgeleiteten Größen der Kalenderrechnung.

Zu beachten ist, dass die „Umlaufzeit der Sonne“ die von der Erde aus beobachtete scheinbare Sonnenbahn ist. Sie entsteht nicht durch einen Umlauf, sondern die Erdrotation.

Tag	Monat	Jahr
Siderischer Tag	Siderischer Monat(1)	Siderisches Jahr
86164,099s	27,32166 d	365,256366 d
23h 56m 4,099s	27d 7h 43m 11,5s	365d 6h 9m 9s
Sterntag(2)	Tropischer Monat	Tropisches Jahr
86164,091 s	27,32158 d	365,242199 d
23h 56m 4,091s	27d 7h 43m 4,7s	365d 5h 48m 46s
Sonnentag(3)	Synodischer Monat(5)	Sonnenjahr(3)
86400s(4)	29,53059 d	365,242199 d(6)
24h(4)	29d 12h 44m 2,9s	365d 5h 48m 46s(6)
Kalendertag	Kalendermonat	Kalenderjahr(8)
86400s(7)	30 d / 31 d	365,2425 d
24h(7)		365d 5h 49m 12s

⁽¹⁾ Zyklus von Höchst- und Tiefststand des Mondes

⁽²⁾ Die Bezeichnung Tropischer Tag ist nicht gebräuchlich.

⁽³⁾ Die Begriffe synodischer Tag und synodisches Jahr sind nicht gebräuchlich.

⁽⁴⁾ mittlere Tageslänge, vgl. Mittlere Ortszeit

⁽⁵⁾ Der Mondphasenzyklus, die einzelne, um den Mittelwert schwankende Periode heißt Lunation

⁽⁶⁾ Das Sonnenjahr entspricht dem tropischen Jahr.

⁽⁷⁾ Der Kalendertag ist – im allgemeinen – über den Sonnentag definiert.

⁽⁸⁾ Das mittlere Jahr des gregorianischen Kalenders.

Einzelnachweise

1. ↑ Gerhard Dangl: ISS - Sichtbarkeitstabelle 22. Juli 2009 bis 25. Juli 2009. Abgerufen am 5. August 2009.