Orientierung am Sternhimmel mit einer drehbaren Sternkarte

Orientierung am Sternenhimmel mit einer
drehbaren Sternkarte
Wer in einer klaren Nacht den sternübersäten Himmel betrachtet, ist leicht verwirrt. Unzählige
Sterne funkeln am Himmel. Doch die Astronomen haben Ordnung in dieses Sternenchaos gebracht.
Sich am Himmel zurechtzufinden ist leichter, als mancher denken mag. Eine gute Hilfe dabei ist
eine so genannte "Drehbare Sternkarte". Damit kann man den Sternenhimmel zu jeder Jahreszeit
und Nachtstunde bestimmen.
Aufbau einer drehbaren Sternkarte
Das Grundblatt
Jede drehbare Sternkarte besteht aus einem Grundblatt und einem drehbaren Deckblatt. Manche
Karten besitzen darüber hinaus noch einen Zeiger. Das Grundblatt enthält die eigentliche
Sternkarte. Auf ihr sind Sterne und Sternbilder sowie einige Nebel - aber keine Planeten abgedruckt. Die Planeten verändern jeden Tag ihre Position relativ zu den Sternen. Weil unsere
Sternkarte nicht nur für ein bestimmtes Datum gelten soll, wurden die Planeten weggelassen.
Außerdem enthält das Grundblatt noch einige wichtige Linien:
Äquator:
Dies ist der Himmelsäquator. Er teilt den Himmel in einen Nord- und einen Südteil.
Ekliptik:
Entlang dieser Linie bewegen sich Sonne, Mond und Planeten.
Kreis der Zirkumpolarsterne:
Alle Sterne, die sich innerhalb dieses Kreises befinden, gehen von 50° nördlicher Breite aus
gesehen, niemals unter. Man nennt diese Sterne "Zirkumpolarsterne".
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Um diese Sternkarte herum sind mehrere Ringe angebracht. Von innen nach außen gesehen sind das
folgende Ringe:
Der Datumsring:
Dieser Ring enthält eine Teilung in 12 Monaten bzw. 365 Tagen. Er dient zum Einstellen
des Datums.
Ring für die Position der "wahren" Sonne:
Diesen Ring braucht man, wenn man die Position der Sonne während ihres alljährlichen
Laufs durch die Tierkreissternbilder bestimmen will. Er besitzt eine Einteilung in 365 Tage.
Der Rektaszensionsring:
Er ist in 24 Stunden geteilt (unterteilt von 5 zu 5 Minuten). Er dient zusammen mit dem
Zeiger zum Ablesen bzw. Einstellen der Himmelskoordinaten (genauer: der äquatorialen
Koordinaten) eines Gestirns.
Ring für die Tierkreiszeichen:
Auf diesem Ring kann man ablesen, in welchem Tierkreiszeichen (nicht zu verwechseln mit
den Tierkreissternbildern) ein Gestirn steht. Die Tierkreiszeichen sind für die Astronomie
belanglos - sie sind nur für astrologisch Interessierte von Bedeutung.
Das drehbare Deckblatt
Es ist genau genommen für einen Beobachter auf einer geografischen Breite von 50° Nord gedacht.
Seine Aufgabe besteht darin, den zur eingestellten Beobachtungszeit nicht sichtbaren Teil des
Sternenhimmels abzudecken.
Uhrzeit-Ring:
Außen am Rand des Deckblatts ist ein Ring mit einer Einteilung in 24 Stunden (unterteilt in
5-Minutenschritten) angebracht. Er dient zum Einstellen bzw. Ablesen der Uhrzeit.
Der Horizontkreis:
Dieser Kreis entspricht dem Horizont. Leider ist der Horizont in der Realität meistens nicht
so schön glatt, wie auf der Karte - Häuser, Bäume und Berge versperren sehr oft die Sicht.
Dieser Kreis enthält die Beschriftungen NORD, OST, SÜD und WEST - sie entsprechen
den vier Himmelsrichtungen in der Realität.
Der Himmelsnordpol:
Dieser Teil der Karte ist die Klammer, mit der Grundblatt und Deckblatt zusammengeheftet
und daher verdeckt sind. Es ist der Punkt um den sich alle Sterne am Himmel im Laufe einer
Nacht drehen.
Der Meridian:
Diese Linie verläuft von Nord nach Süd mitten durch das Deckblatt. Befindet sich ein
Gestirn auf der Verbindungslinie Südpunkt-Himmelspol, so erreicht es gerade seinen
höchsten Stand - es kulminiert wie die Astronomen sagen.
Der Zenit:
Der Zenitpunkt befindet sich auf der Verbindungslinie Südpunkt-Himmelspol. Er ist durch
einen kleinen Kreis und mit einem "Z" gekennzeichnet.
Erster Vertikal:
Dieses ist die Verbindungslinie Ost-Zenit-West.
Dämmerungsgrenzen:
An diesen Linien kann man ablesen, wann die Dämmerung anfängt bzw. endet. Eine der
Linien ist für die bürgerliche Dämmerung und die andere für die astronomische Dämmerung
gedacht.
Der Zeiger
Der Zeiger besitzt eine Skala von -40° bis 90°, die in Schritten von 10° eingeteilt ist. Er ist sehr
nützlich, mit ihm kann man z.B. die Koordinaten eines Sterns ablesen, die Position der Sonne
ermitteln, die Position eines Planten/Kometen auf die Karte übertragen und vieles andere mehr.
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Die Handhabung der Karte
Einstellen auf Tag und Stunde
Dazu muss die augenblickliche Uhrzeit auf das Datum des Beobachtungstages gedreht werden. Auf
dem Datumsring des Grundblattes wird der Kalendertag aufgesucht und mit dem Mittelstrich des
Zeigers markiert. Dann wird das Deckblatt so gedreht, dass sich die Uhrzeit auf dem Uhrzeit-Ring
des Deckblatts ebenfalls mit der Zeigerlinie deckt. Der klare Horizontausschnitt des Deckblattes
zeigt nun den gerade sichtbaren Teil des Himmels.
Mit Uhrzeit ist hier die mitteleuropäische Zeit (MEZ) gemeint. Sie genügt für allgemeine
Beobachtungen. Korrekter und genauer ist es, die für den Beobachtungsort geltende mittlere
Ortszeit (MOZ) anzuwenden, denn die Zeitangaben der Karte sind immer ORTSZEIT. Unsere
Einheitszeit (MEZ) ist bekanntlich die Ortszeit des 15. Längengrades, und alle von der Erddrehung
abhängigen Ereignisse treten für weiter im Westen liegende Orte später ein, und zwar pro
Längengrad 4 Minuten später. Für Orte westlich des 15. Längengrades geht also die mittlere
Ortszeit (MOZ) gegenüber der Einheitszeit (MEZ) nach, für östlich liegende dafür vor. Für die
Umrechnung MEZ nach MOZ gilt:
MOZ=MEZ+dT
Die Zeitkorrektur dT kann für einige Orte in Deutschland aus den Tabellen der Astronomie geographische Koordinaten von deutschen Städten - entnommen werden.
Während der SOMMERZEIT (MESZ) muss immer - ob mit oder ohne Korrektur - durch Abzug
von 1 Stunde die MESZ erst auf MEZ reduziert werden. Wenn an der Karte abgelesene Zeitangaben
von MOZ in MEZ umzurechnen sind, sind die Vorzeichen umzukehren und für Sommerzeit ist
dann noch 1 Stunde dazu zu rechnen.
Beispiel: Der Sternenhimmel über Göttingen am 1. Oktober, 23 Uhr MESZ.
Zuerst müssen wir MESZ in MEZ umrechnen, indem wir von
MESZ eine Stunde abziehen. 23Uhr Sommerzeit entspricht 22Uhr
MEZ. Nun folgt die Umrechnung auf Ortszeit. Aus Tabelle 5a
entnehmen wir für Göttingen eine Zeitkorrektur von dT=-20
Minuten. 22Uhr +(-20min) = 21Uhr 40Minuten. In Göttingen ist
es also 21Uhr 40 MOZ. Wir suchen nun am Datumsring den
1.Oktober. Damit wir diesen Tag leichter wiederfinden, markieren
wir ihn mit dem Zeiger. Nun drehen wir das Deckblatt solange,
bis Uhrzeit und Datum sich gegenüberstehen - fertig. Die
Abbildung recht veranschaulicht das ganze nochmals.
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Und so sieht der Sternenhimmel zu diesem Zeitpunkt aus:
Im Westen geht gerade der Schlangenträger
unter, während im Osten die Sternbilder Stier
und Fuhrman aufgegangen sind. Im Süden
stehen der Wassermann und der südliche
Fisch und im Zenit steht das unscheinbare
Sternbild Eidechse. Das bekannteste Sternbild
- der Grosse Wagen - steht zu diesem
Zeitpunkt tief über dem Nordhorizont.
Wann geht ein Stern auf oder unter?
Dazu drehen wir die Horizontlinie (OST für
den Aufgang und WEST für den Untergang)
des Deckblattes auf den Stern bis sich beide
berühren. Am Datumsring suchen wir jetzt
den Kalendertag auf und lesen dann die
Uhrzeit vom Deckblatt ab.
Beispiel: wann geht Sirius am 15. Dezember in Göttingen auf?
Zuerst drehen wir das Deckblatt so weit, bis Sirius am Osthorizont
aufgeht.
Jetzt halten wir das Deckblatt fest, damit es nicht verrutscht. Dann
suchen wir am Datumsring des Grundblatts den 15. Dezember auf
und markieren ihn mit dem Zeiger, um dieses Datum eventuell
leichter wiederzufinden. Am Uhrzeit-Ring des Deckblatts lesen wir
für die Aufgangszeit 20 Uhr 37 MOZ ab. Jetzt müssen wir noch die
Korrektur dT=-20 Minuten anwenden, um auf MEZ zu kommen:
20Uhr37MOZ - (-20 Minuten) = 20 Uhr 57 MEZ
Wenn man das Ergebnis mit einem Astronomie-Programm nachrechnet, erhält man einen
Aufgangszeitpunkt von 20 Uhr 52 MEZ. Es ist klar, dass es eine drehbare Sternkarte in Punkto
Genauigkeit nicht mit einem Computer aufnehmen kann. Die Werte, die man für die Aufgangszeit
erhält variieren um 18 Minuten, je nach dem, ob man den Horizont auf den oberen oder unteren
Rand von Sirius dreht. Hinzu kommt, dass das Deckblatt für 50° Nord konzipiert ist - Göttingen
liegt aber bei 51,5° Nord. Daneben darf man folgendes nicht vergessen: zwar lässt sich der
Zeitpunkt des Aufgangs eines Gestirns mathematisch exakt berechnen, jedoch entspricht dieser
Zeitpunkt nicht unbedingt dem Moment des ersten sichtbar werden eines Gestirns: Häuser, Bäume,
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Berge, Dunst, horizontnahe Wolkenschichten etc. versperren einem recht häufig den Blick auf den
Himmel. Eine übertriebene Genauigkeit beim Ermitteln von Auf- und Untergangszeiten ist also
unsinnig. Die konkrete Sichtbarkeit eines Gestirns beginnt in der Regel 1/2-1 Stunde später und
endet auch entsprechend früher als es die auf den idealen Horizont abgestimmten Angaben einer
drehbaren Sternkarte bzw. eines Astronomie-Programms ermöglichen.
Wann wird es dunkel oder hell?
Zunächst wird mit dem Zeiger das Datum - wir nehmen
den 1. April - am Ring für die wahre Sonne eingestellt
(graue Skala) und ihr Ort am Schnittpunkt mit der Ekliptik
(dunkelrote Linie) ermittelt. Dann drehen wir den
Westhorizont des Deckblattes über diesen Ort (siehe
Abbildung). An dem Datumsring (siehe Pfeil) und nicht
am grauen Ring für die wahre Sonne lesen wir ab, dass
die Sonne am 1. April um 18h 38 MOZ untergeht .
Dunkel wird es aber erst, wenn die Sonne tief genug unter
dem Horizont steht. Also drehen wir das Deckblatt weiter,
bis die Linie der bürgerlichen Dämmerung den Ort der
Sonne schneidet. Am Rand finden wir dann beim 1. April
ca. 19h 05 MOZ. Zu dieser Zeit erscheinen die ersten
Sterne. Völlige Dunkelheit herrscht erst, wenn die
astronomische Dämmerung zu Ende ist: dafür finden wir
ca. 20h MOZ. In gleicher Weise wird für die
Beobachtungen in der Morgendämmerung am Osthorizont
des Deckblattes verfahren.
Von der Karte zum Himmel - vom Himmel zur Karte
Die nach Tag und Stunde eingestellte Karte immer so halten, dass die Himmelsrichtung, in die
beobachtet wird, auf der Karte nach unten zeigt. Kartenbild und Himmelsausschnitt stimmen dann
überein. Es können nun die Bilder der Karte am Himmel aufgesucht werden oder es lassen sich die
Sterne des Himmels mit Hilfe der Karte identifizieren.
Das Aufsuchen der Sterne und Sternbilder
Mit der auf Tag und Zeit eingestellten Karte gehen wir daran, uns im Gewimmel des Sternhimmels
zurechtzufinden. Die Karte ist stets so zu halten, dass die Richtung, in die man beobachtet, auf
der Karte unten steht! Das ergibt die beste Übereinstimmung der Karte mit dem Bild des
Himmels. Da wir nie den ganzen Himmel auf einmal überblicken können, müssen wir
abschnittsweise vorgehen. Fangen wir z.B. im Osten an (mit OST auf der Karte nach unten), haben
wir den Himmel von NO bis SO und bis hinauf in die Zenitgegend vor aus. Beim Wechseln der
Beobachtungsrichtung ist dann die Karte entsprechend zu drehen. Beim Blick nach Norden muss
also der Nordhorizont auf der Karte unten sein.
Schritt für Schritt ergibt sich nun anhand der Karte ein allmähliches Zurechtfinden am Himmel. Das
Auge wird sich sehr schnell daran gewöhnen, dass zum Horizont hin die Sternbilder auf der Karte
gegenüber der Wirklichkeit etwas verzerrt und auseinander gezogen erscheinen. (Der Grund ist die
Abbildung der Himmelskugel auf einer ebenen Fläche.) Ebenso wird es nicht allzu schwierig sein,
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die unterschiedliche Helligkeit der Sterne mit den unterschiedlich großen Sternabbildungen auf der
Karte in Zusammenhang zu bringen. Die Zahl der Sterne wird allerdings so gut wie nie zwischen
Karte und Himmel übereinstimmen, weil sehr oft wegen zu großer Himmelshelligkeit (Mond- oder
Streulicht vor Ortschaften) die schwächeren Sterne nicht sichtbar sind. Umgekehrt wird der Himmel
einer dunklen Gebirgsnacht eine Fülle von Sternen zeigen, die unsere Karte aus Gründen der
Übersichtlichkeit nicht enthält.
Das Bestimmen der Himmelskoordinaten eines Sterns
Dazu einfach den Zeiger auf den Stern drehen. Die Deklination
kann direkt an der Skala am Zeiger abgelesen werden. Die
Rektaszension können wir am Rektaszensionsring des Grundblattes
ablesen. So lesen wir zum Beispiel für den Stern Antares im
Sternbild Skorpion folgende Koordinaten ab:
Rektaszension=16h 27m und Deklination=-26°.
Die Literaturwerte für die Himmelskoordinaten von Antares
betragen:
RA= 16h 29.4 Minuten, Dekl.= -26°.4 Grad
Das Aufsuchen der Planeten, des Mondes, der Sonne und andere Objekte
Himmelskörper, die sich relativ zu den Sternen bewegen, können nicht fest in eine Sternkarte
eingezeichnet werden. Ihr wechselnder Ort muss von Fall zu Fall bestimmt werden. Das geht mit
dem Koordinatensystem aus Rektaszension und Deklination recht einfach: Für Planeten werden die
Daten aus einer Tabelle entnommen, wie sie in astronomischen Jahrbüchern enthalten sind.
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Das Goddard Space Flight Center bietet unter der Web-Adresse
http://sunearth.gsfc.nasa.gov/eclipse/TYPE/TYPE.html
Ephemerieden von Sonne, Mond und Planeten für die Jahre 1995 bis
2006 an. Diese Daten kann man leicht auf die Karte übertragen: Dazu
wird auf der Rektaszensions-Skala des Grundblatts der Zeiger auf die
angegebene Rektaszension gestellt und der Ort des gesuchten
Gestirns auf der Mittellinie des Zeigers bei der dafür geltenden
Deklination ermittelt.
Angenommen, für Mars seinen an einem bestimmten Tag
Rektaszension= 7h 50m und Deklination= +22° 46´, so stellen wir
den Zeiger auf 7h 50m der roten Skala. In erster Näherung finden wir
Mars dann ungefähr beim Schnittpunkt von Ekliptik und Zeiger. Da
die Planetenbahnen alle einwenig gegenüber der Ekliptik geneigt
sind, stehen sie mal ein wenig über und mal ein weing unter der
Ekliptik. Bei einer Deklination von fast +23° der Zeigerteilung (die
Minuten können vernachlässigt werden) steht Mars unterhalb des
Sterns Pollux in den Zwillingen ganz dicht über der Ekliptik (Pfeil).
Weil sich die Planten und auch der Mond auf oder sehr nahe der
Ekliptik bewegen, genügt es in der Praxis völlig, nur die
Rektaszension einzustellen und am Schnittpunkt der Zeigermittellinie
mit der Ekliptik abzulesen.
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Und für die Sonne brauchen wir gar keine Angaben aus den Ephemeriden, weil es nur erforderlich
ist, den Zeiger auf das Datum der wahren Sonne (graue Skala) einzustellen. Wir haben dann sofort
den Ort der Sonne auf der Ekliptik (rote Linie).
Mit der Kombination von Rektaszension und Deklination lässt sich jeder beliebige Ort am Himmel
definieren. Es kann also in der beschriebenen Weise z.B. auch ein Komet aufgefunden werden,
wenn nur seine Koordinaten bekannt sind. Umgekehrt lässt sich natürlich auch ein Planet, den wir
namentlich nicht kennen, dadurch identifizieren, dass sein Ort am Himmel relativ zu den
Nachbarsternen einigermaßen genau abgeschätzt und auf die Karte übertragen wird. Mit dem Zeiger
findet sich die Rektaszension, und beim schnellen Überfliegen der Planeten-Ephemeriden stellt sich
bald heraus, um welchen Planeten es sich handelt.
Wann erreicht am 1. April Regulus im Löwen seinen höchsten Stand, die
Kulmination? Wir drehen die Meridianlinie des Deckblattes auf den Stern und
lesen wieder am Datum die Zeit ab: am 1. April finden wir ca. 21h 32m MOZ.
Ermitteln der Sternzeit
An Hand der Sternzeit kann man abschätzen, welcher Teil des
Sternenhimmels gerade sichtbar ist. Zum Ermitteln der Sternzeit stellt
man zuerst wie gewohnt Uhrzeit und Datum ein. Dann dreht man den
Zeiger solange, bis er genau auf die Meridianlinie liegt. Am
Rektaszensionsring kann man nun die Sternzeit ablesen.
Beispiel: Wie lautet die Sternzeit am 15. Oktober 23Uhr 30 MOZ?
Nach Einstellen von Uhrzeit und Datum lesen wir ab, dass es gerade
1Uhr Sternzeit ist.
Ermitteln des Stundenwinkels eines Gestirns
Der Stundenwinkel gibt an, wie viel
Zeit nach dem Meridiandurchgang
eines Gestirns vergangen ist. Er ist
recht nützlich, wenn man ein Stern
"blind" - d.h. nur mit Hilfe der
Teilkreise - in einem Teleskop
einstellen will. um den Stundenwinkel
zu ermitteln, stellt man zuerst Uhrzeit
und Datum ein. Dann dreht man den
Zeiger auf den entsprechenden Stern.
Den Stundenwinkel kann man mit Hilfe
der Markierung am oberen Ende des
Zeigers auf dem Uhrzeitring des
Deckblatts ablesen.
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Beispiel: Welchen Stundenwinkel hat Rigel - der rechte Fußstern des Sternbild Orion - am 1. Januar
um 1Uhr MOZ? Wie gewohnt stellen wir Uhrzeit und Datum ein. Danach drehen wir den Zeiger
auf den Stern Rigel (siehe grüner Pfeil). An dem Uhrzeitring lesen wir 2h 23Minuten für den
Stundenwinkel ab (siehe gelber Pfeil). An der Skala des Zeigers entnehmen wir außerdem, dass
Rigel eine Deklination von ca. -8° hat. Stellen wir beide Werte an den Teilkreisen eines
parallaktisch montierten Fernrohrs ein, so sollte Rigel wenigstens im Sucher zu sehen sein. Wegen
der Ablese- und Einstellungsfehler, die bei einer drehbaren Sternkarte immer auftreten, sollten wir
nicht erwarten, Rigel schon gleich im Teleskop zu sehen.
Übungsaufgaben
1.
2.
3.
4.
Mache dir den Unterschied zwischen MEZ und MOZ klar.
Wie sieht der Sternenhimmel am 1.Juni um 24Uhr MEZ in Göttingen aus?
Wann geht der Stern Arktur im Sternbild Bootes am 30. Oktober in Göttingen unter?
Um wie viel Uhr MOZ geht der Stern Atair im Sternbild Adler an folgenden Tagen auf: 1.
Mai, 1. Juni, 1. Juli und 1. August. Was fällt dir dabei auf?
5. Zu welcher Uhrzeit geht das Sternbild Cassiopeia am 20. Februar auf?
6. Im welchen Monat erreicht der Grosse Wagen um Mitternacht seine tiefste Stellung über
dem Horizont? In welcher Himmelsrichtung steht er dann?
7. In welchem Sternbild steht die Sonne am 10. November? Wie lauten ihre
Himmelskoordinaten an diesem Tag? Um wie viel Uhr (MOZ) steht sie genau im Süden?
8. Wann beginnt am 20. Januar in Göttingen die astronomische Morgendämmerung? Zu
welcher Uhrzeit geht an diesem Tag die Sonne auf?
9. Wie sieht der Sternenhimmel um 10 Uhr Sternzeit aus?
10. Am 18. Oktober 1998 hat Jupiter eine Rektaszension von 23h24min. Wie lautet seine
ungefähre Deklination? In welchem Sternbild steht er? Wann geht er an diesem Tag in
Göttingen auf? Wie groß ist sein Stundenwinkel um Mitternacht MEZ?
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