Sonne, Mond und Sterne  

Gerhard Rath, Astronomie im Physikunterricht 

 

Übersicht:

Sonne
Mond
Sterne
Koordinatensysteme
Sternkarten

 

Die Sonne

  Bewegungen:
 
 
Im Prinzip handelt es sich bei den ("scheinbaren") Bewegungen der Sonne natürlich um Bewegungen der Erde. Für viele Probleme der Basis-Astronomie ist aber die Erde als Bezugssystem brauchbar, sie entspricht auch der Alltagserfahrung der Kinder.  Sonnenlauf
 
"Im Osten geht die Sonne auf, 
im Süden steigt sie hoch hinauf, 
im Westen wird sie untergehn 
im Norden ist sie nie zu sehn" 
Dieser Spruch stimmt genaugenommen nur zu den Tag- und Nachtgleichen. An diesen Tagen geht auf der ganzen Erde die Sonne genau um 6 Uhr im Osten auf und um 18 Uhr im Westen unter. Ansonsten sind die Auf- und Untergangspunkte nach Norden bzw. Süden verschoben, abhängig von der geographischen Breite
 
 

Aufgabe:   

In Krakau (Polen) gibt es zwei künstliche Hügel, die im Mittelalter angeschüttet wurden, sie heißen "Wanda" und "Krak", benannt nach legendären Figuren der Geschichte Krakaus.   
Steht man auf Wanda, sieht man am 21. Dezember die Sonne genau über Krak aufgehen .   
Steht man auf Krak, so sieht man am 21. Juni die Sonne genau über Wanda untergehen .   
Wie liegen diese Hügel nach den Himmelsrichtungen?   

Lösung: Wanda muss im Nordwesten liegen (dort geht die Sonne zu Sommerbeginn unter), Krak im Südosten. Der Winkel zum Kreuz der Himmelsrichtungen hängt dabei von der geografischen Breite ab!

Wanda und Krak
 
 

Ekliptik (Abbildungen aus (11, S. 38, S. 40))

Auf ihrer täglichen Bahn erreicht die Sonne ihre maximale Höhe tatsächlich immer genau im Süden. Zu den Tag- und Nachtgleichen entspricht diese Höhe 90 - f (f : geogr. Breite), zur Sommersonnenwende steht sie um 23,5° höher, zur Wintersonnenwende um 23,5° tiefer. Bei 47° nördlicher Breite kommt die Sonne also im Dezember zu Mittag nur mehr auf etwa 20° Höhe.

 

Messung der Sonnenhöhe

->  Einfache Astronomische Instrumente

 

Messungen am Schattenstab (Gnomon)

Ein einige cm hoher Gnomon (Nadel, Nagel, Bleistift) wird möglichst lotrecht auf dem südlichen Rand eines Blattes fixiert. Jede Stunde wird die Schattenlinie nachgezeichnet - an mehreren Tagen im Jahr.

Ergebnisse : Zu Mittag ist der Schatten am kürzesten. Er zeigt die Nord-Süd-Richtung an. Im Sommer sind die Schatten kürzer und haben größere Winkel zueinander.
 
   
Winter
   
Tag-Nachtgleiche
   
Sommer
 

(Quelle:12)

Die Endpunkte der Schatten werden aufgenommen und verbunden. Genauere Messungen verwenden konzentrische Kreise um den Gnomon und notieren die Schnittpunkte mit dem Ende des Schattens.

Ergebnisse : Im Sommer und im Winter ergeben sich Hyperbeln, zu den Tag- und Nachtgleichen Geraden (Schnittlinien der Sonnenstrahlen bzw. der Ebene Erde-Sonne mit dem Drehkegel, der sich aus der Rotation der Meridianlinie - als Gerade zum Nordpol - ergibt )

Schattenlinien

In dieser Grafik (10) sieht man, dass die Punkte gleicher Uhrzeit (g) zwar nicht im gleichen Winkel zum Schattenwerfer A stehen, aber auf einer Gerade liegen.

Weitere Auswertungsmöglichkeiten:

Protokollieren der Zeit jedes Schattenpunktes: Der Mittag (Ortszeit) bzw. kürzeste Schatten ist im allgemeinen nicht um 12 Uhr (Mittlere Zeit). Er hängt von der geographischen Länge und von der Zeitgleichung ab.

Somit läßt sich aus dem Zeitpunkt des Mittags die geographische Länge des Ortes ermitteln (Abweichung infolge der Zeitgleichung muss berücksichtigt werden).

Außerdem kann man die geographische Breite ermitteln: Am besten zu den Tag- und Nachtgleichen. Die Sonne steht über dem Äquator, daher kann man aus einer einfachen Dreieckskonstruktion die Breite bestimmen.

Siehe auch: Positionsbestimmung auf der Erde
 
Der Grieche ANAXIMANDER erarbeitete am Gnomon eine Geometrisierung der Welt 

 

Die Zeitgleichung

Wann geht die Sonne am spätesten auf, wann geht sie am frühesten unter?

Sonnenauf- und untergänge

Grund dafür ist die Differenz zwischen "wahrer" und "mittlerer" Sonnenzeit, die sogenannte Zeitgleichung . Die Tageslänge von 24 Stunden (die Zeit zwischen zwei Sonnenkulminationen) ist ein gemittelter Wert. Gegenüber den Sternen hat die Erde eine Umdrehungsdauer von 23 h 56 m 4 s ( Sterntag ), dazu kommen noch einige (im Schnitt 3m56s) Minuten, bis die Sonne wieder genau im Süden ist. Sonne (bzw. Erde) sind ja inzwischen ein Stück gewandert, ca. 1°.

An den obigen Daten werden die Effekte der Zeitgleichung deutlich sichtbar. Frühester Aufgang bzw. spätester Untergang sind zur kürzesten Tageslänge verschoben. Die Zunahme an Tageslänge ist bis etwa Mitte Jänner nur am Nachmittag zu bemerken. Sie beträgt im ersten Monat nur 36 Minuten, im zweiten Monat aber schon 93 Minuten: Die Kurve der Zeitgleichung verläuft um das Minimum (wie auch um das Maximum) herum sehr flach, es dauert lange, bis "die Sonne wieder in Schwung kommt". Die größten Änderungen in der Tageslänge hat man um die Tag-Nachtgleichen.

Zeitgleichung
(Quelle: 13, S. 208)

Eine Unregelmäßigkeit kommt also von der unterschiedlichen Bahngeschwindigkeit - im Winter (schnelle Erdbewegung) sind die Tage etwas länger.

Der zweite Grund für die Abweichung ist die Neigung der Erdachse zur Ebene Erde-Sonne (23,5°). Hätte die Erdachse keine solche Neigung, so wären alle Tage gleich lang. Stellen wir uns eine extreme Neigung von 90° vor ("liegende", ähnlich dem Planeten Uranus), so wären zu den Tag- und Nachtgleichen noch immer Tageslängen von 24 Stunden, die kürzesten bzw. längsten Tage wären aber extrem ausgedehnt (Sonne steht über Nord- bzw. Südpol). Dieser Effekt bewirkt also größere Tageslängen zu Sommer- bzw. Winterbeginn.

Die Verschiebung beträgt maximal etwa 15 Minuten, sie ist im Winterhalbjahr größer als im Sommer.

 

Die Sonne auf der Sternkarte

Die Position der Sonne ist leicht zu finden. Man stellt auf dem Datumsring das aktuelle Datum ein (Lineal), der Schnittpunkt mit der Ekliptik zeigt die Sonnenposition. Am Lineal läßt sich die Deklination d ablesen, das ist der Winkel der Sonne über bzw. unter dem Äquator.

Bessere Sternkarten haben zwei Datumsringe: Der innere zeigt die mittlere Sonne , der außen angrenzende die wahre Sonne . Für die genaue Position der Sonne ist also dieses Datum zu nehmen. Die beiden Skalen zeigen die Zeitgleichung mit ihren größten Effekten im Februar und im November. Am Uhrzeitring läßt sich die Differenz ablesen.

Sonnenaufgang : Man fixiert die Position der Sonne (wahres Sonnendatum) und dreht das Deckblatt, bis der Osthorizont genau über der Sonne liegt. Am Zeiger läßt sich nun die Uhrzeit ablesen. Genauso bestimmt man den Sonnenuntergang bzw. Beginn und Ende der Dämmerung.

-> Sternkarten, Orientierung am Sternhimmel

 

Sonnenuhren

Sonnenuhr im Franziskanerkloser Graz (1733) Sonnenuhr Franzsikanerkloster Graz

Fragen zu obiger Sonnenuhr

a) Warum endet die Stundenskala bereits um 3 Uhr?
b) Der Schattenstab steht schräg aus der Wand (bei den meisten Wand-Sonnenuhren). Warum?
c) Was bedeuten die Tierkreiszeichen? ad a)
Da die Uhr in einem symmetrischen Hof liegt, muss die Wand eine Abweichung von der Nord-Süd-Richtung aufweisen. Sie zeigt etwas nach Südosten, daher verschwindet die Sonne bald nach 15 Uhr.
ad b)
Die Schattenwerfer der meisten Sonnenuhren zeigen parallel zur Erdachse, also genau in Richtung Norden und im Winkel von 90-f zur Wand. Auch hier ist die Ostabweichung erkennbar.
ad c)
Aus der Schattenlänge läßt sich der Monat (bzw. das Tierkreiszeichen) ablesen. Im Sommer sind die Schatten länger, im Winter kürzer (Sonne steht tief). Wieder finden wir Hyperbeln (insbesondere bei Krebs und Steinbock, "Solstitien") bzw. eine Gerade zu den Tag- und Nachtgleichen (Widder bzw. Waage, "Äquinoctien").

Weitere Details:

 
─quatoriale Sonnenuhr

Den einfachsten Typ einer Sonnenuhr stellt die äquatoriale Sonnenuhr dar. Der Schattenwerfer liegt parallel zur Erdachse, das Ziffernblatt steht normal darauf, ist also parallel zur Ebene des Äquators.   

Dieser Typ zeigt uns somit ein Abbild der Erde selbst. Ihre stündliche Drehung von 15° bestimmt daher auch die Stundenteilung des Ziffernblattes. 

Dieses muss aber beidseitig beschriftet sein, steht doch die Sonne im Winterhalbjahr unter der Äquatorebene und beleuchtet die untere Seite. Zu den Tag- und Nachtgleichen kann man keine Zeit ablesen.

((11), S. 50. SW: Schattenwerfer)

 

Eine spezielle äquatoriale Sonnenuhr ist die Ringsonnenuhr . Ihr Schattenwerfer ist ein Datumsschieber, der durch ein kleines Loch auf dem Stundenring ein Bild der Sonne (nur dann!) erzeugt, wenn die Uhr genau in Nord-Süd-Richtung hängt. (siehe Bild, (11,)

Horizontale Sonnenuhren sind einfach herzustellen. Der Schattenwerfer zeigt im Winkel der geographischen Breite nach Norden. Allerdings muss die Stundenteilung konstruiert werden, die Stundenwinkel sind nun nicht mehr gleich groß.

Ringsonnenuhr (Ringsonnenuhr. Quelle: (11), S. 94)

 

Verfolgen des Sonnenlaufes in der Klasse

(nach einer Methode von R. Szostak, (1), S. 21)

Mit einem einfachen Experiment kann man in einem Raum den Lauf der Sonne in einzelnen Unterrichtsstunden verfolgen. Auf der dem Fenster gegenüberliegenden Wand (bzw. auf dem Boden) markiert man ein kleines Kreuz. Einer Lochblende (Durchmesser ca. 1 cm) wird so am Fenster gehalten, dass das Bild der Sonne genau auf das Kreuz fällt. Der Ort der Blende wird am Fenster markiert (z.B. Aufkleber: Papierkreis, 1cm) und mit der Uhrzeit versehen. Wiederholt man die Messung alle 5 Minuten, so ist die Bahn der Sonne deutlich am Fenster markiert.

Im Prinzip hat man eine sehr genaue "Sonnenuhr " vor sich: Eine "Zeiger"-Länge von einigen Metern bedeutet ein Fortschreiten des Bildes von etwa einem Zentimeter pro Minute.

In den Vormittagsstunden markieren die Bilder eine ansteigende Gerade: Ihr Winkel zur Horizontale ist (rund um die Tag- und Nachtgleichen) die geographische Breite.

Wiederholt man die Messung an mehreren Tagen zu gleichen Uhrzeiten, so wird die Zeitgleichung sichtbar: Die Sonnenscheibchen stehen nicht nur höher bzw. tiefer, sondern auch in horizontaler Richtung versetzt.

 

Beobachtung der Sonnenscheibe

Projektion: Die ungefährlichste und zur Gruppenbeobachtung bestgeeignete Methode.

Mit Feldstecher oder Fernrohr auf ein Blatt Papier oder einen Schirm, die hinter das Okular gehalten werden. Das Bild der Sonnenscheibe wird mit dem Abstand Feldstecher-Schirm größer, aber lichtschwächer. Vorsicht: Rund um das Okular kommt es zu bedeutender Hitzeentwicklung!

Falls ein Raum gut abdunkelbar ist, kann man auch ein Bild der Sonne mit einem Loch erzeugen ("Lochkamera") und auf die Wand werfen.
Als Art Lochkamera können auch spiegelnde Flächen dienen. Ein Uhrglas erzeugt in einigen Metern ein Bild der Sonnenscheibe, was man auch daran erkennt, wenn man das Uhrglas etwa zur Hälfte abdeckt - das Bild bleibt rund. Besser als handelsübliche Spiegel eignen sich Oberflächenspiegel.

Direktsicht : Prinzipiell gefährlicher. Berußte Gläser bieten theoretisch gute Filterung; Gefahr: Ungleichmäßige Berußung. Es sollten nur gekaufte Sonnenfolien oder Spezialbrillen verwendet werden - diese lassen sich auch vor die Objektive von Feldstechern geben (z.B. AstroMedia Verlag)

Beobachtungen: Sonnenflecken, Rotation der Sonne.
 

Durchmesser der Sonne

Mit der Lochkamera-Methode lässt sich auch der Durchmesser der Sonne einfach abschätzen.

Wegen dem Strahlensatz gilt: D:L = d:l, also: D = L.d/l, mit L = 150 Mio. km
(23), S. 30. Dort sind auch andere Methoden zur einfachen Ermittlung des Durchmessers beschrieben.
 

Weitere Fragen:

 

Der Mond

Im Anfangsunterricht stellt er den Prototyp eines "Planeten" dar, bewegt er sich doch am schnellsten durch den Tierkreis - für ein Sternbild benötigt er nur zwei bis drei Tage, in einer Stunde legt er mehr als seinen eigenen Durchmesser (0,5°) am Himmel zurück. Diese Bewegung erscheint uns in West-Ost-Richtung, sie muss von der Ost-West-Bewegung unterschieden werden, die von der Rotation unserer Erde kommt.

 

Beobachtung der Mondbewegung

Dazu sind Beobachtungsaufträge an eine Klasse über mehrere Wochen geeignet. Dadurch erhält man in der Menge viel an Datenmaterial.

a) Position (und Gestalt) des Mondes am gleichen Tag, zu verschiedenen Zeiten (Himmelsrichtung bzw. Azimut, Höhe). Lineal, Jakobsstab oder Quadrant.

b) Gleiche Messung, aber an verschiedenen Tagen zur gleichen Uhrzeit. Läßt sich auch aus den Beobachtungen mehrerer Schüler kombinieren. Ergebnis : Bei Neumond steht der Mond am Abendhimmel, in der Nähe ("vor") der Sonne, bei Halbmond etwa 90° zur Sonne, bei Vollmond steht er ihr gegenüber - bei Sonnenuntergang geht der Mond auf.

Aus dem Verständnis dieser Bewegung werden die Mondphasen erklärbar. Ebenso klar wird, dass eine Mondfinsternis nur bei Vollmond erfolgen kann.

 

Mondposition auf der Sternkarte

Bei bekannter Mondphase läßt sich die Position in Beziehung zur Sonne einfach finden, ebenso Auf- und Untergangszeiten.

Beispiel : Sommerbeginn, Vollmond. Am 21. Juni steht die Sonne im Sternbild Stier und hat ihren Höchststand (d =23,5°). Der Vollmond steht der Sonne gegenüber im Sternbild Schütze. Für Abschätzungen kann man den Mond auf der Ekliptik annehmen, obwohl gerade dieses Gestirn oft stark davon abweicht. Die Ekliptik hat dort ihren tiefsten Stand von -23,5°, der Vollmond wird eher tief stehen. ( -> Sternkarten)

 

Wie sieht es am Mond aus?

Dazu eine kleine, erfundene Geschichte:
Am Mond
 

Am Mond

Als der Astronaut vorsichtig über die holprige Mondoberfläche ging, schaute er auf und sah Tausende hell funkelnde Sterne am schwarzen Nachthimmel. Im Westen schwebten ein paar zerzauste Wolken am Himmel, und eine sanfte Brise blies Mondstaub gegen das Glasfenster seines Helmes.

Ein lautes, knallendes Geräusch ließ ihn sich umschauen, um zu sehen, was geschehen war. Sein Kamerad hatte nur einen großen Mondstein in zwei Teile zerlegt, indem er mit einem Hammer dagegen geschlagen hatte. Vor lauter Schreck sprang er einen Meter in die Höhe.

Etwas später wandten sich beide nach Osten: Dort ging gerade majestätisch die Erde auf, der blaue Planet. (Bild und z.T. Text aus (16))

Welche Fehler enthält diese Geschichte?

 

Einflüsse des Mondes auf die Erde

Ein astrologisch ausgesprochen aktuelles Thema. Physikalisch bleibt nicht viel - neben dem Licht eigentlich nur die Gravitation .

Die Anziehungskraft hebt die Erde unter dem Mondes um ca. einen halben Meter, Wasser- und Landmasse gleichermaßen. Durch lokale Gegebenheiten kann sich dieser Flutberge enorm verstärken.

Warum gibt es 2 Flutberge im Abstand von 12 Stunden?

Erde und Mond rotieren um den gemeinsamen Schwerpunkt. Der Flutberg unter dem Mond zeigt die Zentripetalkraft (Gravitation), der gegenüberliegende die Zentrifugalkraft. Beide sind gleich groß.

 
 
 

Sternbedeckungen durch den Mond    
 

Sternbedeckung
 

Die schnelle Bewegung des Mondes erkennt man sehr deutlich an seinem Vorbeigang vor hellen Sternen. Im Rahmen eines internationalen Comenius-Projekts wird versucht, an den Schulorten zugleich Fotos von solchen Sternbedeckungen zu machen. Aus dem Vergleich zweier Fotos und der bekannten Distanz der Orte auf der Erde läßt sich die Entfernung zum Mond bestimmen (Parallaxenmethode).

Im Bild: Mond und Aldebaran am 30.12.1998 (Kohla Birgit, BRG Kepler Graz -  COMENIUS Projekt R.E.S.U.))

Den Parallaxenwinkel bestimmt man direkt aus dem Foto - der (volle) Mond nimmt dort einen halben Grad ein.

 

 

Die Sterne

Ausgangspunkt : Alles außer Sonne und Mond am Himmel nennen wir anfangs "Sterne". Mit freiem Auge können wir bei guten Bedingungen etwa 3000 Sterne wahrnehmen.

Die meisten davon behalten ihre relativen Positionen bei, sie bilden Gruppen und wurden zu Sternbildern zusammengefasst - wir nennen sie " Fixsterne ". Einige bewegen sich relativ zu den Sternbildern: " Wandelsterne " oder Planeten.

Heute wissen wir, dass sich diese beiden Arten vom Aufbau her unterscheiden. Sterne sind Sonnen, die sehr weit entfernt sind. Wir beobachten verschiedenste Arten (Größen, Temperaturen, Helligkeit), die sich aber zu einer Art "Lebenslauf" verbinden ließen.

Die Namen der Sterne und Sternbilder stammen meist aus der antiken Mythologie; Sterne haben oft auch arabische Namen, da die Araber im Mittelalter das astronomische Erbe der Griechen übernahmen.

Seit einigen Jahrhunderten weiß man, dass die Fixsterne auch (für uns langsam) ihre Positionen ändern. Letztlich stammen diese Bewegungen aus der Rotation unserer Milchstraße.

Planeten sind Himmelskörper, die wie die Erde die Sonne umkreisen. Sie sind oft sehr hell und finden sich nur im Tierkreis, also ungefähr in dem Bereich des Himmels, den die Sonne am Tag durchläuft (aber: im Winter stehen sie hoch, im Sommer tief). Teilweise bestehen sie aus Gestein, die größeren jedoch sind Gaskugeln und ähneln daher im Aufbau den Sternen - allerdings sind sie zu klein, um selbst leuchten zu können. In letzter Zeit wurden mehrere Planeten anderer Sterne entdeckt.

 

Sternbeobachtung

Verfolgt man einen hellen Stern über einige Stunden, erkennt man eine ähnliche Bewegung wie jene der Sonne am Tage: Aufgang am östlichen Horizont, Kulmination im Süden, Untergang westlich. Es gibt aber auch Sterne, die immer zu sehen sind: Zirkumpolarsterne . Fotografien mit langen Belichtungszeiten zeigen eine Drehung des ganzen Himmels (Spiegelbild der Erddrehung) um den Polarstern.

Wo ist Orion im Sommer?

Der prächtige Orion ist ein typisches Wintersternbild. Verfolgt man über Monate seine Bewegung, so zeigt sich, dass er zu gleichen Beobachtungszeiten immer weiter westlich am Himmel steht und näher zur Sonne rückt, bis er dann im Mai ganz verschwindet. Extreme Frühaufsteher können ihn einige Monate später am Morgenhimmel sehen. Im Sommer befindet er sich also in der Nähe der Sonne und ist daher unsichtbar. (® Sternkarten)

Diese jährliche Bewegung der Sterne ist ein Spiegelbild des Erdumlaufs um die Sonne.

 

Orientierung am Sternhimmel: Koordinatensysteme

Erste Hilfen bieten auffällige Sternbilder wie etwa Großer Wagen oder Cassiopeia.

Wie kann man die Position eines Sterns bestimmen?

Grundsätzlich stellt man sich den Himmel als eine riesige Kugel vor, auf der man durch die Angabe zweier Winkel jede Position eindeutig festhalten kann.

Horizontsystem:

Es bezieht sich auf den Himmel über dem Beobachter bzw. auf dessen Horizont. Man zieht einen gedachten Kreis vom Zenit durch den Stern zum Horizont. Der Winkelabstand des Sterns vom Horizont heißt Höhe , sie kann Werte von 0° bis 90° (Zenit) einnehmen. Der Winkel zwischen dem Schnittpunkt des gedachten Kreises mit dem Horizont und der Südrichtung (Meridian) wird Azimut genannt - es kann Werte zwischen 0° und 360° ergeben.

Nachteil dieses Systems: Die Koordinaten ändern sich sowohl zeitlich (durch die Bewegungen der Gestirne) als auch örtlich: Sie hängen von der Position des Beobachters auf der Erde ab.
 
Horizontsystem ─quatorsystem
 

Die Bilder ((22), S. 13) zeigen die beiden Systeme von der Erde aus

 

Äquatorsystem:

Es bietet uns (in erster Näherung) eindeutige Koordinaten für Fixsterne. Man verwendet Koordinaten ähnlich jenen auf der Erdkugel.

Die Himmelskugel rotiert um eine Achse zwischen Himmelsnord und -südpol, die Projektion des Erdäquators nach außen beschreibt den Himmelsäquator .

Der geographischen Breite entspricht der Winkel über bzw. unter dem Himmelsäquator, die Deklination d. Sie kann Werte zwischen -90° (Himmelssüdpol) und +90° (Himmelsnordpol) annehmen.

Genau wie auf der Erde benötigt man einen Punkt auf dem Äquator, von dem aus man eindeutig einen Längenwinkel zählen kann. Dieser Punkt ist der Frühlingspunkt , der Ort der Sonne zu Frühlingsbeginn, er ist einer der beiden Schnittpunkte der Ekliptik mit dem Himmelsäquator. In astrologisch-astronomischer Tradition wird er mit dem Widder-Symbol bezeichnet. Der Längenwinkel heißt Rektaszension a - so genannt wegen der Zählrichtung entgegen der täglichen Himmelsdrehung - sie wird von West nach Ost gezählt und kann Werte zwischen 0° und 360° einnehmen. Da jedoch infolge der Erddrehung von 15° je Stunde eine eindeutige Beziehung zwischen Winkelgraden und Zeiteinheiten besteht, wird die Rektaszension normalerweise in Stunden/Minuten angegeben.

d und a bezeichnen eine eindeutige Position eines Himmelsobjekts, die unabhängig vom Ort des Beobachters ist. Für Fixsterne ändern sich die Werte geringfügig wegen der Eigenbewegungen und der Wanderung des Frühlingspunktes infolge der Präzession der Erdachse.

 

Die drehbare Sternkarte

Die folgenden Beschreibungen beziehen sich auf die verbreitete Kosmos Sternkarte (groß: ca. 200,- klein ca. 110,-) (9).

Beschreibung

Im Prinzip entsteht eine Sternkarte aus der Projektion eines Teils der Himmelskugel auf eine Ebene (für die Nordhalbkugel vom Himmelssüdpol aus) Sie wird für eine geographische Breite angefertigt - die bei uns übliche für 50° Nord. Diese Karte zeigt noch Sterne bis zur Deklination von -40°, diese können theoretisch bei uns sichtbar sein.

Die Sternkarte besteht aus 3 Teilen: Grundblatt, Zeiger und Deckblatt.

Das Grundblatt stellt den beschriebenen Teil des Sternhimmels dar (verzerrt durch die Projektion). Es symbolisiert verschiedene Helligkeiten, auch Doppelsterne oder einige Sternhaufen. Weiters sind wichtige Linien eingezeichnet:

Himmelsäquator, Ekliptik und den Kreis der Zirkumpolarsterne

Ganz außen sind Skalenringe zu sehen: Rektaszension (in Zeiteinheiten), Position der wahren Sonne, Datum der mittleren Sonne.

Das Deckblatt zeigt eigentlich den sich drehenden Horizont des Beobachters. Es stellt sozusagen die rotierende Erde dar. Es trägt nur einen Skalenring : Eine 24 Stunden Uhr.

Der Horizontkreis mit den Himmelsrichtungen stellt einen (theoretischen) Horizont dar und trennt damit den sichtbaren vom nicht sichtbaren Himmelsausschnitt. Er wird von zwei Dämmerungsgrenzen begleitet.

Die Nord-Südlinie stellt den Meridian dar, auf ihr liegt der Himmelsnordpol (unter der Niete) und der Zenit Z.

Der Zeiger gestattet Höhen- und Deklinationsmessungen von Himmelsobjekten.

Eine Unterrichtseinheit zum Erlernen des Umgangs mit (selbstgebauten) Sternkarten

 

Einige Aufgaben

Sichtbarer Himmelsausschnitt über Vorarlberg, 20. April, 20 Uhr MESZ. Man stellt den Zeiger auf das Datum (mittlere Sonne) und dreht das Deckblatt so, dass die entsprechende Uhrzeit übereinstimmt. Für genaue Messungen muss die wahre Ortszeit genommen werden: 20 Uhr MESZ bedeutet 19 Uhr MEZ. Diese Zeit ist auf die Mitte der Zeitzone (15° Ost) normiert, pro Längengrad weiter westlich sind geht die Ortszeit um 4 Minuten nach - für 10° Ost ist also 18 Uhr 40 Minuten als Ortszeit einzustellen.

Im Osten ist die Jungfrau schon aufgegangen, im Westen gehen gerade die Fische unter. Wo steht die Sonne, wann geht sie heute auf bzw. unter? Die Zeigerposition (20. April) zeigt auf der Ekliptik die Position der Sonne, sie steht im Sternbild Fische (auf der großen Sternkarte läßt sich ganz außen ablesen, dass dies dem Sternzeichen Widder entspricht). Dreht man das Deckblatt so, dass der Westhorizont diesen Punkt schneidet, kann man als Uhrzeit des Untergangs ca. 19 Uhr (Wahre Ortszeit - also 20 Uhr 20 MESZ) ablesen, Himmelsrichtung WNW. Genauso zeigt der Schnitt mit dem Osthorizont die Aufgangszeit von ca. 5 Uhr (WOZ) in ONO. Ähnlich lassen sich Auf- und Untergangszeiten von Sternen ermitteln.

Aufsuchen von Mond und Planeten Dazu benötigt man die Koordinaten dieser Objekte.

Mond: a =6h18', d =19°47'

Man stellt den Zeiger am Rektaszensionsring auf 6h 18 min und sucht dann auf dem Lineal bei 20°: Der Mond steht knapp unter der Ekliptik im Sternbild Zwillinge. Um 20 Uhr MESZ ist er im Südwesten, sollte also ein zunehmender Mond sein. Dreht man den Westhorizont auf die Mondposition, so kann man den Untergangszeitpunkt ablesen: etwa 00:45 Ortszeit. Bestimmen der Koordinaten von Himmelsobjekten Von eingezeichneten Sternen lassen sich umgekehrt Deklination und Rektaszension bestimmen.

Beispiel: Arktur im Sternbild Bootes. Man stellt das Zeigerlineal auf diesen Stern ein und liest ab: a =14h10', d =+20°

Auch Azimut und Höhe lassen sich ungefähr bestimmen, für eine gegebene Uhrzeit; etwa wieder ür 18 Uhr 40 WOZ. Die Höhe müssen wir vom Horizont rechnen. Er liegt auf ca. -5°, also beträgt die Höhe von Arktur 20° + 5° = 25° über dem Horizont. Das Azimut wird von Süd über West und Nord gezählt. Auf der Uhrzeitskala sehen wir Arktur bei 6 Uhr 20, das bedeutet 12+6,3 = 18,3 Stunden oder 18,3 mal 15° = ca. 275°. Änderung des Himmels im Jahreslauf Um welche Uhrzeit müßte man am 24. Dezember schauen, damit man den gleichen Sternenhimmel wie am 20. April um 18:40 Uhr über sich hat?

Am Uhrzeitring lesen wir 2 Uhr 20 min (Ortszeit) ab. Jeden Tag kommt dieser Himmelsausschnitt einmal über den Horizont, in einigen Monaten allerdings bei Sonnenlicht. In welchen Monaten ist Orion nicht sichtbar? Mitte Juni steht die Sonne auf der Ekliptik genau über Orion. Ende Juli steht die Sonne im Krebs und geht ca. um 4 Uhr auf - da ist Orion gerade noch am Osthimmel.

Eine Bauanleitung samt Vorlage