Benutzer:Pyrometer/Baustelle/Sternzeit

Dieser Artikel ist im Entstehen und noch nicht Bestandteil der freien Enzyklopädie Wikipedia.

Solltest du über eine Suchmaschine darauf gestoßen sein, bedenke, dass der Text noch unvollständig sein und Fehler oder ungeprüfte Aussagen enthalten kann. Wenn du Fragen zum Thema hast, nimm Kontakt mit dem Autor Pyrometer auf.

1. Der „Stern-Stundenzeiger“ dreht sich auf einem am Horizont fixen Zifferblatt:
Nach einer 15°-Drehung (Skala 0°, 15°, 30°, ...) ist eine Sternzeitstunde (Skala 23, 0, 1, ...) vergangen.
2. Der „Stern-Stundenzeiger“ dreht sich auf einem von der Sonne mitgeschleppten, um den Polarstern drehbaren Zifferblatt:
Nach etwa einem Monat (Skala 06, 07, 08, ...) ist er der Sonne um 30° (Skala 0°, 15°, 30°, ...) vorausgeeilt.

Die Sternzeit ist eine in der Astronomie gebrauchte Methode der Zeitmessung und beruht auf der scheinbaren Bewegung der Sterne als Folge der Eigendrehung der Erde. Ein Sterntag ist die Dauer, die ein Bezugsstern (nach Definition der fiktive Stern Frühlingspunkt) für eine ganze scheinbare Umrundung der Erde benötigt.

• Sternzeit in Observatorien
• ...zur Auffindung von Sternen
• ist Ortszeit (identisch entlang Meridian)
• Formel zur Errechnung der Sternzeit aus Sternzeit Greenwich

Drehung des Sternhimmels

Tägliche Drehung

Die Erde dreht sich jeden Tag einmal um ihre eigene Achse. Für einen Beobachter auf der Erde scheint es deshalb so, als würde sich eine Himmelskugel mit dem gesamten Sternenhimmel um die Erde drehen.
Auf der Nordhalbkugel der Erde und mit Blickrichtung zum nördlichen Himmelspol (beim Polarstern) scheint sich das Himmelszelt gegen den Uhrzeigersinn um den Polarstern zu drehen.

Mehrfachbild waagerecht: Nordhimmel mit Markierung am großen Wagen im Stundenabstand (17h-07h) an einem Tag eines Wintermonats.

(Relevant oder weglassen? Vielleicht diese hoch detaillierte Darstellung nach Sternenhimmel o. ä. umlagern?
Blickt man nach Süden, so scheinen sich Sonne und Sterne auf Kreisbögen mit dem Uhrzeiger zu bewegen. Die Gestirne gehen im Südosten auf, haben ihren Höchststand im Süden und versinken im Südwesten wieder hinter dem Horizont. Der Mittelpunkt dieser Kreisbewegung ist der Südpol des Himmels. Er ist von der Nordhalbkugel aus nicht zu sehen, weil er in südlicher Richtung unter dem Horizont liegt.)

Jährliche Drehung

Die Erde bewegt sich zudem ein mal pro Jahr auf einer ungefähr kreisförmigen Bahn um die Sonne. Deshalb erscheint es so, als würde die Sonne ein mal pro Jahr im Kreis (rückwärts zur Drehung des Himmelzeltes) über den Sternenhimmel wandern. Deshalb sehen wir zur jeweils gleichen Uhrzeit in jeder Nacht einen etwas anderen Sternenhimmel. Von Nacht zu Nacht hat sich das Sternenzelt gegenüber der Sonne um ca. 1/365 verdreht.

Mehrfachbild waagerecht: Nordhimmel mit Markierung am großen Wagen für gleiche Uhrzeit (22:30 nur Winterzeit!) über 12 Monate.

Auf der Südhalbkugel der Erde erscheinen die Drehrichtungen gerade entgegengesetzt.

Sternzeit als Maß der Drehung

Die Sternzeit ist eine Zeitskala, deren Zeitmaß nicht von dem Stand der Sonne, sondern von dem Stand der Sterne bestimmt wird. Sie ist so festgelegt, dass jeweils zur gleichen Sternzeit der Sternhimmel die selbe Stellung hat.
Die Sternzeit ist ortsabhängig. Ein Ort, der weiter östlich liegt, hat eine weiter fortgeschrittene Sternzeit. Die örtliche Sternzeit einer Sternwarte gibt also direkt an, welchen Drehwinkel das Himmelszelt über der Warte hat. Befinden sich zwei Orte auf dem selben Breitenkreis, so haben sie um die gleiche (lokale) Sternzeit den gleichen Fixsternhimmel.

Tägliche Drehung

Man kann sich den Sternhimmel als große Uhrscheibe vorstellen, die sich an einem Sterntag dem Uhrzeigersinn entgegen (auf der Nordhalbkugel) einmal um sich selbst dreht. Im Bild ist diese Scheibe mit einem Zeiger zwischen Polarstern und Großem Bären markiert. Das 24-Stunden-Zifferblatt (Skala 23, 0, 1, ...) ist am Horizont fixiert. Hat sich der Zeiger um 15° weiter gedreht (Skala 0°, 15°, 30°, ...), ist eine Sternzeitstunde vergangen. Für eine Sonnenzeitstunde muss er sich geringfügig weiter drehen.

Jährliche Drehung

Auf einem von der Sonne mitgeschleppten, sich um den Polarstern drehenden Zifferblatt stellt man ein sehr langsames Vorrücken des Zeigers fest. Der Zeiger umrundet es einmal im Jahr: 30° (Skala 0°, 15°, 30°, ...) in etwa einem Monat (Skala 06, 07, 08, ...).

Das Bild wurde Anfang Juli (Ziffer 07) gegen 2:00 Uhr aufgenommen. Zwei Stunden später (etwa 4:00 Uhr) ist der Große Wagen zur Ziffer 4 weiter gewandert. Einen Monat später im August (Ziffer 08) befindet er sich um 2:00 Uhr schon bei der Ziffer 4.

Sterntag und Sonnentag

Sterntag (1 nach 2) und Sonnentag (1 nach 3).

Der Sonnentag als Basis der allgemein gebräuchlichen Sonnenzeit dauert geringfügig länger als der Sterntag, weil sich die Sonne geringfügig langsamer als die Sterne - auch scheinbar - um die Erde bewegt. Der Grund dafür ist erneut die eigene Bewegung der Erde, nämlich ihre jährliche Umrundung der Sonne.

Allgemein: Ein Beobachter auf einem Körper, der um die Sonne kreist, erlebt während eines siderischen Umlauf seines Körpers um die Sonne genau einen Solartag weniger (oder mehr, das hängt von der Orientierung von Eigendrehung zu Bahndrehung ab) als er siderische Tage erlebt. Das liegt daran, dass ein ganzer Umlauf um die Sonne aus seiner relativen Sicht genau einen "verlorenen" (bzw. "zusätzlichen") solaren Tag erzeugt. Für den Beobachter äußert sich das darin, dass die Sonne (aus seiner Sicht) im Verlauf eines Jahres gerade eine volle Umrundung am Fixsternhimmel (rückwärts oder vorwärts) ausführt.

Oder auch so: Kreist ein rotierender Körper um die Sonne, so bewegt sich aus seiner Sicht die Sonne im Verlaufe eines Umlaufes (siderischen Jahres) genau ein mal um den Fixsternhimmel. Auf diese Weise erlebt ein Beobachter auf diesem Körper pro Jahr genau einen Sonnentag weniger (oder mehr) als siderische Tage.

Anmerkung:

Man kann die Rotationsfrequenzen addieren:

• Scheinbare Rotation des Zentralkörpers im mitgedrehten System des Trabanten (Z. B. 365,2422 Umdrehungen/Jahr)
• + Drehung der Systems des Trabanten (infolge Umlauf immer 1 Umdrehung/Jahr) gegen Fundamentalsystem (Minus, falls umgekehrter Drehsinn)
• = Gesamtfrequenz des Trabanten in Bezug auf Fundamentalsystem (Z. B. 366,2422 Umdrehungen/Jahr)

Der Sterntag ist etwa 1/366 kürzer als der Sonnentag. An den 24 Stunden des ...

Der Sonnentag ist etwa 1/365 länger als der Sternentag. An den 24 Stunden des ...

Der Sterntag ist etwa 1/365 (Länge des Jahres gleich 365,2422 Tage) kürzer als der Sonnentag. An den 24 Stunden des Sonnentags gemessen ist der Sterntag 23 Stunden, 56 Minuten und 4,091 Sekunden lang. Der Sterntag wird selbst wieder in 24 Stunden, seine Stunden in 60 Minuten und seine Minuten in 60 Sekunden unterteilt.

Durch die Nutation der Erde schwankt der Frühlingspunkt mit einer Periode von etwa 18,6 Jahren um etwa ± 1,1 Sekunden. Dementsprechend unterscheidet man die wahre Sternzeit, die sich aus der direkten Beobachtung ergibt, und die mittlere Sternzeit, die von diesen Schwankungen befreit ist.

Sternzeit und Sternbeobachtung

Die Kenntnis der Sternzeit erleichtert die Beobachtung von Gestirnen wesentlich. In Sternwarten benutzt man Uhren, die nach Sternzeit, das heißt synchron mit den am Himmel laufenden Sternen gehen. Auf einem festen Standort hat jeder Sterndurchgang durch eine bestimmte Höhe oder Richtung eine fixe Sternzeit und kann daher in einen Beobachtungs-Stundenplan nach Sternzeit unverrückbar eingetragen werden. Zu beachten ist, dass die mögliche nächtliche Beobachtungszeit den Stundenplan einmal im Jahr durchläuft.

Die Sternzeit ist wie die Wahre Sonnenzeit eine lokale Zeit. So wie bei der Wahren Sonnenzeit 12 Uhr (mittags) ist, wenn die Sonne den Orts-Meridian durchläuft, ist bei Sternzeit 0 Uhr, wenn der Frühlingspunkt im Orts-Meridian steht. Die Sternzeit auf eine Zonenzeit zu vereinheitlichen wäre widersinnig. Im Gegenteil: Die in Jahrbüchern für einen Tag enthaltene Sternzeit gilt für einen bestimmten Längengrad. Sie muss auf den Längengrad des Beobachtungsortes umgerechnet werden, um mit ihr nutzbringend arbeiten zu können (+ 4 Minuten Sternzeit pro Grad westlicher).

Aus der Differenz der lokalen Sternzeit eines Orts zur Sternzeit in Greenwich folgt unmittelbar die geografische Länge dieses Orts, siehe astronomische Navigation. Einer Messung dieser lokalen Sternzeit entspricht also entweder eine Ortung oder eine Zeitmessung – je nachdem, ob die Sternzeit in Greenwich zum Beobachtungszeitpunkt oder der Längengrad des Beobachtungsorts bekannt ist.

Sternzeit und Rektaszension

Für die Sternzeit gilt:

• Die Sternzeit ist der Stundenwinkel des Frühlingspunkts.
• Sternzeit θ, sowie Stundenwinkel τ und Rektaszension α eines Gestirns sind verknüpft über die Beziehung τ = θ - α.
• Die Sternzeit an einem Ort ist die Rektaszension desjenigen Gestirns, das gerade kulminiert (τ=0).

Am Tag des Herbstäquinoktiums sind Wahre Sonnenzeit und Sternzeit annähernd gleich, denn ein Stern nahe beim Frühlingspunkt kulminiert zu Mitternacht, wenn die moderne 24-Stunden-Zählung beginnt.

Berechnung der Sternzeit

Mittlere Sternzeit θ₀ am Nullmeridian (im Gradmaß)
(Berechnung der mittleren ekliptikalen Länge des Frühlingspunktes nach Jean Meeus:)

Berücksichtigt Präzession. ... hier gibt es keine Terme für die Nutation und für Eliptizität der Erdbahn und für Schwankungen der siderischen Rotationsgeschwindigkeit. Evtl. aber systematische Abnahme der Rotation "eingebaut"?<br\> Vergleiche auch Newcomb-Formel in Ephemeridensekunde: geometrische mittlere ekliptikale Länge der Sonne

$\Theta _{0}=280,46061837+13185000,77\cdot T+{\frac {T^{2}}{2577,765}}-{\frac {T^{3}}{38710000}}$ in Grad

mit T= (JD - 2451545) / 36525 in JJh.

JD … Julianisches Datum (entspricht Weltzeit UTC)

T … Julianische Jahrhunderte (JJh.) seit J2000.0 (1. Januar 2000, 12:00 Uhr)

Mittlere Sternzeit θ_λ auf beliebigen Meridianen (im Gradmaß)

$\Theta _{\lambda }=\Theta _{0}+\lambda$

mit λ … geografische Länge (westliche Längen werden negativ gerechnet)

Bemerkung: Den Winkel θ ggf. auf den Hauptwert (0°-360°) bringen, und in das Zeitmaß umrechnen.