Es wird mal wieder Zeit für ein bisschen Grundlagenastronomie. Zu den ersten Dingen, die man in einer Astronomie-Vorlesung hört, gehört die sphärische Astronomie. Hier geht es nicht um Physik; man beschäftigt sich nicht damit, wie weit Sterne oder Planeten entfernt sind; woraus sie bestehen oder wie sie entstanden oder sich entwickeln. Es geht nur darum, wo man sie am Himmel sehen kann; wie sie sich dort scheinbar bewegen und wie man diese Bewegung beschreibt. Vielen, die an der Astronomie und den Geheimnissen des Weltalls interessiert sind, erscheint die sphärische Astronomie trocken und langweilig. Und ja – sie besteht aus jeder Menge komplizierten Diagrammen und langen Formeln. Aber man muss sie verstehen um die fundamentalsten Fragen beantworten zu können: Wann geht die Sonne auf? Wie lange dauert es, bis sie wieder untergeht? Welche Himmelsobjekte kann man von einem bestimmten Ort aus sehen? Usw.
Darum möchte ich probieren – möglichst ohne viel komplizierte Formeln – ein wenig zu erklären, wie das denn mit der sphärischen Astronomie ist.
Grundlage aller Betrachtungen ist die Himmelskugel. Ganz so wie in der Antike stellt man sich die Erde im Zentrum aller Dinge vor; umgeben von einer Kugel an der sich Sterne und Planeten bewegen. Wir müssen also zuerst einmal die Himmelskugel verstehen und einige grundlegende Begriffe erklären:
In diesem Bild steht der Beobachter im Zentrum. Genau über ihm befindet sich der Zenit (und genau unter ihm der Gegenpunkt; der Nadir). Die Ebene in der sich der Beobachter befindet ist der Horizont (im Bild rot gezeichnet). Den Großkreis, der durch Zenit, Nadir, Nord- und Südpunkt verläuft nennt man Meridian. Projiziert man den Äquator der Erde auf die Himmelskugel, dann erhält man den Himmelsäquator (violett). Genauso sind Himmelsnord -und Südpol die an die Himmelskugel projizierten Pole der Erde. Der Abstand zwischen Nordpunkt und Himmelsnordpol wird Polhöhe genannt und entspricht der geografischen Breite des Beobachters.
Als Beobachter auf der Erde sieht man, wie sich die Sterne an der Himmelskugel bewegen – aber das tun sie natürlich nur, weil wir selbst uns bewegen. Die Erde rotiert jeden Tag einmal um ihre Achse und deswegen sehen wir, wie sich die Sterne in Kreisen parallel zum Himmelsäquator bewegen. Die Position auf der Erde entscheidet auch, wie wir die Bahnen der Sterne wahrnehmen. Würde man genau am Nordpol stehen, dann fallen Himmelsnorpol und Zenit
zusammen und der Horizont ist gleichzeitig der Himmelsäquator. Die Sterne bewegen sich also alle entlang von Kreisen, die parallel zum Horizont sind und es gibt keinen Sternauf- bzw. untergang. Würden wir uns auf dem Äquator befinden ist die Polhöhe gleich Null und der Himmelsäquator verläuft senkrecht durch den Zenit. Alle Sterne gehen auf und unter und zwar immer senkrecht zum Horizont. In gemäßigten Breiten – so wie z.B. in Deutschland – sind die Bahnen der Sterne geneigt. Manche von ihnen gehen auf und unter – manche sind aber trotzdem immer zu sehen (das sind die zirkumpolaren Sterne – dazu gehört zum Beispiel das Sternbild des großen Wagens das man immer am Himmel sehen kann). Sollte als jemand mal nach einer heftig durchzechten Nacht irgendwo an einem unbekannten Ort aufwachen kann man durch die Beobachtung der Sternbahn zumindest grob feststellen, wo man sich auf der Erde befindet 😉 Hier ist die Situation nochmal grafisch zusammengefasst: Zuerst die Position am Nordpol; dann am Äquator und am am Schluß bei einer Breite von 45 Grad. Rot sind Himmelsäquator und Meridian; schwarz die Bahnen der Sterne:
Nun will man natürlich auch irgendwie sinnvoll und mathematisch exakt beschreiben, wie sich die Sterne bewegen. Dazu braucht man ein Koordinatensystem. Die Astronomie hat da jede Menge zur Auswahl die ich auf keinen Fall alle im Detail vorstellen will. Ich werde mich auf die gebräuchlichsten beschränken. Dazu gehört das Horizontsystem das eigentlich recht intuitiv ist:
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