Sonnenuhr

Die Polstange

Die Sonnenuhr gibt die Uhrzeit durch einen Sonnenschatten an; der Sonnenschatten wird in der Regel von einem Stock, dem sogenannten Mast, geliefert. Die Polstange ist achsparallel zur Erde angeordnet - das heißt, ihr Steigungswinkel zur Erde hängt vom geographischen Abstand ab, auf dem sich die Sonnenuhr erhebt. Bewegt sich die Sonne nun von Osten nach Westen über den Sternenhimmel, bewegt sich auch der Polschatten mit.

Nun müssen Sie die Stundenlinie zeichnen, d.h. die Linie, auf der der Polschatten für die Zeit liegt. Das wirft die Fragen auf, über welche Zeiten wir reden, d.h. über welche Zeit. Ein Umlauf der Erde nimmt 24 Std. in Anspruch. Also teilt man zuerst einmal die Dauer einer kompletten Revolution in 24 Stück, dann hat man eine Stück pro Std. - die sogenannten Äquinoktialstunden.

Zur Kalibrierung dieser Waage könnte man der Vereinfachung halber die Zeit, zu der sich die Sonnenstrahlen exakt im südlichen Bereich befinden (d.h. wenn sie den Meridian kreuzen, der durch den Platz verläuft, an dem sich die Sonnenuhr befindet), als 12 Uhr einstufen und die anderen Stundenzeilen einstufen. So erhalten Sie die WOZ (True Local Time).

In der alltäglichen Praxis ist die Lokalzeit jedoch wenig hilfreich. Mitteleuropäische Zeit ( "MEZ"), die der Lokalzeit des fünfzehnten Meridians entsprechen. Erst genau auf dem fünfzehnten Längengrad stimmt die Zeit, die wir auf der Uhr lesen, mit der Lokalzeit überein (allerdings nicht notwendigerweise mit der tatsächlichen Zeit, sondern mit der durchschnittlichen Lokalzeit; dazu kommen wir weiter unten).

In allen anderen Fällen hat eine solche Sonnenuhr Vorrang (im Osten) oder folgt (im Westen). Natürlich können Sie nun die Stundenzeilen nach Belieben bewegen, dann erscheint auf der Sonnenuhr CET. Eine solche Sonnenuhr weist jedoch das ganze Jahr über auf die winterliche Zeit hin.

Da die Garagenmauer nicht genau nach Süd, sondern leicht nach Südwest gerichtet ist, sind die Striche der Sonnenuhr leicht schräg gestellt, um dies aufzufangen. Bei senkrechten Uhren (Sonnenuhren an den Wänden) können die Morgen- und Spätstunden nicht gelesen werden, da die Wände dann nicht der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind.

Waagerechte Zeigeruhren (d.h. solche, deren Ziffernblatt "auf dem Boden" steht) sind von dieser Beschränkung nicht betroffen. Heute dienen sie nur noch dekorativen Zwecken - zur Zeitbestimmung nutzen wir nicht mehr die Zeit, sondern andere regelmäßige Prozesse wie z. B. das Pendeln, das Schwingen von Quarz oder die Frequenz von elektromagnetischen Feldern in der Atomuhr. Wenn man die Uhrzeitanzeige einer Uhr mit der einer Sonnenuhr vergleiche, stelle man fest, dass die Länge des Tages das ganze Jahr über variiert - und was mit "Länge des Tages" bezeichnet wird, ist nun nicht mehr die Zeit der Lichtstärke, sondern eine vollständige Drehung der Erdkugel.

Dementsprechend bewegt sich eine Sonnenuhr vor oder nach einer Uhr. Weil die Atomuhr eine recht verlässliche Zeitschaltuhr ist, kann man mit Sicherheit sagen, dass die Sonnenuhr diejenige ist, die schief geht. Um sich selbst zu drehen, braucht die Welt 23 Std. und 56min. Ist also ein Erdoberflächenpunkt während einer vollständigen Rotation von 360 um die Erdkugel herumgewandert, hat er zugleich auch ein Teil der Erdumlaufbahn umrundet und hat somit trotz der 360°-Drehung nicht die gleiche Sonnenposition wie 23 Std. 56min vor ihm.

Daraus resultiert die Gesamtheit unserer uns bekanntermaßen 24 Std. Tageszeit im Verhältnis zur Zeit. Die Tatsache, dass die tatsächliche Rotation der Erdkugel nur 23 Std. und 56 Min. in Anspruch nimmt, zeigt sich bei der Betrachtung des Sternenhimmels. Doch die Erdumlaufbahn ist kein Kreislauf, sondern eine elliptische, in der die Sonnenstrahlen fokussiert sind.

Wenn sich die Masse auf dem sonnennähe gelegenen Teil der Erdkugel bewegt, bewegt sie sich rascher als auf dem sonnenferne Teil. Der am weitesten von der Sonnenseite entfernte Ort (Aphel genannt) wird anfangs Juni und der der Sonnenseite am nächsten liegende Ort (Perihel) anfangs Jänner erobert. Um das Folgende zu verstehen, ist es logisch, das heutige Weltanschauungsbild zu vernachlässigen und uns selbst, die Masse und die Sonnenuhr in den Vordergrund zu rücken und die Masse um die Masse wandern zu sehen.

Weil es das ist, was die Sonnenuhr von ihrer Lage aus "sieht". Und auch diese ist kein Zirkel, sondern eine elliptische, nun ist die Masse im Fokus. Auch hier ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Sonnenstrahlen bewegen, auf dem Teil nahe der Erdoberfläche größer als auf dem Teil fernab der Erdschicht. Auf der elliptischen Umlaufbahn nennt man die Sun nun True Sun, weil sie die wirklichen Bedingungen wiedergibt.

Wie wir oben bemerkt hatten, geht diese True Sun im Vergleich zu herkömmlichen Uhrwerken anscheinend "schief" und liefert keine regelmäßigen 24-Stundentage. Dazu denkt man an eine durchschnittliche Sonneneinstrahlung, die die Zeit generiert, die für die Anzeige mechanischer oder atomarer Uhrwerke steht. Dies ist die sogenannte Mean Local Time (MOZ) - jeder Tag in MOZ ist exakt 24 Std. lang.

Zu diesem Zweck muss die durchschnittliche Sonneneinstrahlung mit konstanter Drehzahl um die Erdoberfläche herumgeführt werden.

Die durchschnittliche Sonneneinstrahlung ist konstant. Der farbige Kreis repräsentiert die durchschnittliche Sonneneinstrahlung zu unterschiedlichen Zeiten, aber gleichzeitig auch in Intervallen. Durch die konstante Drehzahl haben die durchschnittlichen Sonnensysteme auch gleich große Räumlichkeit. Das Ellipsensymbol repräsentiert die Umlaufbahn der Wahre Sun (die Masse ist in einem Brennpunkt).

Die farbigen True Suns werden wiederum in gleichmäßigen Abständen dargestellt. Aber da die Rotationsgeschwindigkeit im Sonnenperihel grösser ist, sind die Raumabstände zwischen den True Suns nahe dem Sonnenperihel grösser als beim Sonnenperihel. Das Zeitintervall zwischen den True Suns ist jetzt das gleiche wie zwischen den Mean Suns - True und Mean Suns der gleichfarbigen Darstellung des Sonnenstandes zur selben Zeit.

Seien Sie aber vorsichtig - dies ist die Umlaufbahn der Erde während eines ganzen Jahrs, nicht die eines ganzen Tags! Bei abnehmender Geschwindigkeit der Sonnenbewegung im Frühjahr und in den Wintermonaten sinkt die Sonnenuhr (im Vergleich zu einer Uhr ), bei steigender Geschwindigkeit im Spätherbst.

Sie hat aber auch Einfluss auf den Verlauf der Sonnenuhr. Zum Verständnis dessen haben wir die Sun wieder um die Welt herum fließen gelassen - dieses Mal sollten sowohl die Middle als auch die True Sun auf kreisförmigen Bahnen mit konstanter Drehzahl ablaufen. Dies wiederum heißt, dass die Umlaufbahn der True Sun gegen den äquator geneigt ist.

Im Himmelsaquator verläuft die durchschnittliche Sonneneinstrahlung, denn für sie steht die Achse der Erde vertikal auf der ekliptic. Im Frühling und Herbst kreuzt die True Solar Trajectory den Himmels Äquator. Wenn Sie die Abweichung zwischen der tatsächlichen Lokalzeit - die von der echten Sonnenstrahlung generiert wird - und der durchschnittlichen Lokalzeit, die von der durchschnittlichen Sonnenstrahlung generiert wird, ermitteln möchten, müssen Sie beide Auswirkungen hinzufügen - die aufgrund der elliptischen Form der Umlaufbahn und die aufgrund der Neigung der erdenachse.

So geht die True Sun anfangs Nov. mehr als eine viertel Stunde, in der zweiten Februarhälfte folgt knapp eine viertel Stunde. Die Sonnenuhr ist an vier Tagen im Jahr, den null Durchgängen der Linie, auch ohne Korrektion korrekt - dann stimmt die durchschnittliche und die tatsächliche Ortstermin. Wenn man eine echte Sonnenuhr baut - eine, die die durchschnittliche Lokalzeit zeigt - muss man beide Auswirkungen richtig einstellen - was mein Stiefvater natürlich nicht konnte.

Die unkorrigierte Sonnenuhr signalisiert die echte Zeit. Übrigens ist es auch auf diese Abweichung der True Sun Time von der Mean Solar Time zurückzuführen, dass der kÃ?rzeste Tag zwar zur Sonnenwende ist, dies aber nicht mit dem frÃ?hesten oder spÃ?testen Tagesanbruch (der erste ist bereits um den 10. Dezember, der zweite um den 5. Januar) zusammenfÃ?llt.