Einfache Astronomische Instrumente

  Gerhard Rath, Astronomie im Physikunterricht

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Viele Bausätze und Materialien bietet auch der Astromedia-Verlag: Quadrant, Sextant, Sonnenuhren, Jakobsstab, Teleskope, ...
 

Astrolab  

Es stellt eine mittelalterliche Sternkarte dar. Im Gegensatz zur modernen Sternkarte zeigt das Grundblatt den irdischen Horizont mit verschiedenen Gradnetzen und dem Zenit, auf der drehbaren Deckplatte sind die Ekliptik und einige helle Sterne (als Zeiger) verzeichnet. Dies zeigt deutlich den Unterschied im Weltsystem: Hier steht die Erde still, der Sternenhimmel wird gedreht. 

Die Abbildung zeigt ein mittelalterliches Astroloabium der Universität Krakau. Es trägt arabische Beschriftungen und wurde wahrscheinlich auch von N. Kopernikus im Rahmen seines Studiums verwendet. 

mittelalterlicher Astrolab
 

Quadrant

Die Viertelkreise mit Winkelteilung waren oft in Astrolabien integriert (Rückseite). Sie dienen zur Höhenmessung von Himmelsobjekten. Über eine Kante peilt man das Gestirn an und liest am Lot den Höhenwinkel ab ("Pendelquadrant"). Mit riesigen Mauerquadranten erreichte Tycho Brahe freisichtige Genauigkeiten von einigen Winkelminuten!

Die Sonnenhöhe läßt sich einfach bestimmen, indem man in den Mittelpunkt des Viertelkreises einen Stift gibt (z.B. Nagel) und den Quadranten genau lotrecht ausrichtet (90° Marke unten). Wenn der Quadrant so gedreht wird, dass der Schatten des Stifts auf die Winkelskala fällt, kann man dort die Höhe der Sonne ablesen (Sonnenhöhenmesser nach Kopernikus)

Eine Bastelanleitung bietet auch (20), S. 47
Eine Bauanleitung im Internet: http://www.infodrom.north.de/~muh/Astronomie/Projekte/Quadrant

 

Jakobsstab

Ein weiteres Gerät zur Winkelmessung, das aber nicht nur in senkrechter Lage verwendbar ist. Der Jakobsstab misst den Winkel der Blickstrahlen zwischen zwei Punkten. Er besteht aus einem Längsstab mit einer Skala und einem verschiebbaren Querstab. Man verschiebt den Querstab so lange, bis die beiden Objekte - vom Ende des Längsstabes angepeilt - über den Marken des Querstabes (früher oft dessen Enden) zu sehen sind.

Ein Bauvorschlag: (20), S. 54ff)

 
 

Spiegelsextant

Er löste im 18. Jahrhundert den Jakobsstab ab und ermöglicht wesentlich genauere Winkelmessungen. Auch hier werden zwei beliebige Punkte angepeilt, es wird aber das Spiegelbild des einen neben das direkte Bild des anderen verschoben.
 
Peilung am Sextanten Spiegelsextant
 
(Quelle: (17))

Das Licht des oberen Objekts gelangt über den drehbaren Spiegel B und den festen (Halb)Spiegel A ins Auge; das Licht des unteren Objekts wird geradeaus an A vorbei angepeilt. In beide Strahlengänge sind Sonnefilter einfügbar. Durch die Spiegelung verdoppelt sich der Winkel - somit sind mit dem Sextanten Winkel bis 120° messbar. Mit einer Nonius-Skala erreicht man Genauigkeiten im Bereich von Zehntelgraden.

Da die Messung eine Vergleichsmessung darstellt, ist sie auch mit freier Hand auf Schiffen durchführbar.

 

Äquatoriale Sonnenuhr

 Als Schattenwerfer verwendet man ein rechtwinkeliges Dreieck, bei dem ein Winkel jener der geographischen Breite ist. Das Ziffernblatt wird normal dazu angebracht und trägt beidseitig eine 15°-Stundenteilung.

(Bauanleitung und Abb. aus (20), S. 61)