Zum Prüfungsteil Astronomische Grundkenntnisse in den schriftlichen Prüfungen zum Sporthochseeschiffer

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1 Zum Prüfungsteil Astronomische Grundkenntnisse in den schriftlichen Prüfungen zum Sporthochseeschiffer Segelschule Well Sailing Gaußstraße Hamburg Tel In den Prüfungsaufgaben Navigation finden sich folgende unterschiedlichen Fragen zu diesem Gebiet. Die zugehörigen Lösungen und die dafür gegebenen Punkte sind mit angegeben. Durchschnittlich können mit diesem Teil der Prüfungsaufgabe Navigation 9 Punkte erreicht werden, die vorkommenden Zahlen liegen zwischen 7 und Unter welchen Vorraussetzungen kulminiert die Sonne für einen Beobachter im Norden? Die Sonne kulminiert für einen Beobachter im Norden, wenn seine geografische Breite südlicher ist als die Deklination der Sonne. Dann liegt der Bildpunkt der Sonne nördlich vom Beobachter. 2. Die Höhengleiche ist ein Kreis auf der Erdoberfläche. Geben Sie in allgemeiner Form an: - Den Radius des Kreises, - die geografischen Koordinaten des Kreismittelpunktes. Der Radius der Höhengleiche ist gleich der Zenitdistanz z = 90 - h. Kreismittelpunkt ist der Bildpunkt. Seine Breite ist gleich der Abweichung (Deklination) des Gestirns. Seine Länge ergibt sich aus dem Greenwicher Stundenwinkel des Gestirns. Bei Grt > 180 gilt: Grt = östliche Länge des Bildpunktes. 3. Warum ist der Sterntag kürzer als der mittlere Sonnentag? Um wieviel ist der Sterntag kürzer? (Zeitangabe erforderlich.) Wegen der rechtläufigen Bewegung der Sonne ist der Sterntag kürzer als der mittlere Sonnentag. Die rechtläufige Bewegung beträgt ca. 1 pro Tag. Daher ist der Sterntag 4 Minuten kürzer. 4. Wie nennt man den Kreis, auf dem sich alle Beobachter befinden, die aus gleicher Augeshöhe zum gleichen Zeitpunkt von einem Gestirn die gleiche Höhe messen? Der Kreis heißt Höhengleiche. 5. Welches ist der Mittelpunkt dieses Kreises? Der Mittelpunkt des Kreises ist der Bildpunkt. 6. Wie groß ist der Radius dieses Kreises in Seemeilen, wenn die gemessene Höhe h b 39 30,0` beträgt? ` = 50 30`; 50,5 * 60 = 3030; der Radius beträgt 3030 Seemeilen. 7. Wo befand sich der Bildpunkt der Sonne am um Uhr MEZ nach Breite und Länge? 10 Uhr MEZ = 09 Uhr UT 1. δ = 15 51,5`S. Grt = ,6`; ,6`= 48 30,4`. Der Bildpunkt befand sich auf 15 51,5`S und 48 30,4`E. 8. Welche Quadrantenbezeichnung hätte ein Beobachter dem Azimut der Sonne geben müssen, wenn er zu dem unter 7. Genannten Zeitpunkt auf 54 N und 15 E gestanden hätte? (Keine Gradzahl!)

2 Die Quadrantenbezeichnung wäre S... E. 9. Welche Bestimmungsgrößen (Koordinaten) gehen aus dem` Himmelsäquatorialsystem hervor? Die Koordinaten sind: Der Ortsstundenwinkel und die Deklination. 10. Erläutern Sie die Zählweise dieser Koordinaten! Der Ortsstundenwinkel zählt als Winkel am Pol vollkreisig vom oberen Meridian bis zum Stundenkreis des Gestirns im Sinne der scheinbaren täglichen Drehung der Himmelskugel. Die Deklination zählt als Winkel im Erdmittelpunkt oder als Bogenstück auf dem Stundenkreis vom Himmelsäquator bis zum Abweichungsparallel des Gestirns. Die Zählweise ist 0 bis 90 Nord uns Süd. 11. Definieren Sie die Deklination als Bogen eines Großkreises und beschreiben Sie die Zählweise. Die Deklination ist der Bogen eines Stundenkreises vom Himmelsäquator bis zum Abweichungsparallel des Gestirns. Die Deklination zählt von 0 bis 90 Nord oder Süd. 12. Unter welchen Vorraussetzungen ist ein Gestirn zirkumpolar? Ein Gestirn ist zirkumpolar, wenn seine Deklination gleichnamig mit der Breite ist und größer ist als das Breitenkomplement 90 - ϕ. 2 oder 13. Wann ist der Tagbogen eines Gestirns kürzer als der Nachtbogen? Der Tagbogen ist kürzer als der Nachtbogen, wenn die Deklination des Gestirns ungleichnamig mit der geografischen Breite ist. 14. Wann war der astronomische Frühlingsanfang im Jahre 1997 nach Mez? Geben Sie eine Begründung für Ihre Antwort! Frühlingsanfang war am 20. März um UT 1, also Uhr MEZ. Begründung: In diesem Moment ist die Deklination der Sonne 0 und sie ändert ihre Deklination von südlichen Werten zu nördlichen Werten. (Anmerkung: Der Zeitpunkt muss auf Minuten genau angegeben werden!) 15. Welches sind die Koordinaten eines Gestirns im Koordinatensystem des wahren Horizonts? Die Koordinaten sind: Höhe h und Azimut Az. 16. Was versteht man unter der Zenit? Der Zenit ist der Punkt an der Himmelskugel senkrecht über dem Beobachter. 17. Wie groß ist der Sternwinkel β für einen Stern, der sich genau auf dem Stundenkreis des Frühlingspunktes befindet? Der Sternwinkel ist Erläutern Sie folgende Begriffe: Frühlingspunkt Deklination δ - Sternwinkel β - Höhengleiche Bildpunkt des Gestirns. Der Frühlingspunkt ist der Punkt auf dem Himmelsäquator, an dem sich der

3 Mittelpunkt der Sonne am Frühlingsanfang befindet, also beim Übergang der Deklination von südlichen zu nördlichen Werten. Die Deklination δ ist der Winkel am Erdmittelpunkt zwischen dem Himmelsäquator und dem Abweichungsparallel eines Gestirns oder der Bogen eines Stundenkreises zwischen Himmelsäquator und Abweichungsparallel. Der Sternwinkel β ist der Winkel am am Pol oder das Bogenstück auf dem Himmelsäquator zwischen dem Stundenkreis des Frühlingspunktes und dem Stundenkreis des Gestirns. β wird im Sinne der scheinbaren täglichen Drehung der Himmelskugel vollkreisig gezählt. Die Höhengleiche ist der Kreis auf der Erdoberfläche, dessen sphärischer Mittelpunkt der Bildpunkt des Gestirns ist und dessen Radius gleich der Zenitdistanz (90 - h) des Gestirns ist. Alle Beobachter, die zum gleichen Zeitpunkt die gleiche beobachtete Höhe h b eines Gestirns feststellen, stehen auf einer Höhengleiche. Der Bildpunkt des Gestirns ist der ort auf der Erdoberfläche, an dem das Gestirn im Zenit steht. 19. Wo befand sich der Bildpunkt der Sonne am um Uhr MESZ? 10 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit = 08 Uhr UT 1. δ = 23 26,0`N. Grt = ,5` ,5 = 60 22,5. Der Bildpunkt befand sich auf 23 26,0`N und 60 22,5`E. 20. Erläutern Sie, warum im Sommerhalbjahr auf der nördlichen Halbkugel der Tagbogen der Sonne länger als der Nachtbogen ist! Im Sommerhalbjahr ist die Deklination der Sonne nördlich und damit gleichnamig mit der Breite auf der nördlichen Halbkugel. Wenn Deklination und Breite eines Gestirns gleichnamig sind, ist der Tagbogen länger als der Nachtbogen. 21. Erläutern Sie, in welchem Punkt sich die Sonne zum Zeitpunkt Frühlingsanfang befindet und nennen Sie die beiden Großkreise und deren Schnittwinkel, unter dem sich dieselben in diesem Punkt schneiden. Die Sonne steht im Widderpunkt bzw. Frühlingspunkt. In diesem Punkt schneiden sich die Ekliptik und der Himmelsäquator unter einem Winkel von etwa 23, Die Abendbeobachtung ergibt für BZ folgenden Schiffsort: O b ϕ = 36 00,0`N, λ = 11 18,0`W. Die sich daraus ergebende BV = 90, 20,0 sm und der Vergleich mit der GPS-Anzeige lassen Zweifel an dem astronomischen Beobachtungsergebnis aufkommen. Man stellt fest, dass fälschlicherweise mit der Chronometerstandberichtigung (Std) + 0 min 30 s gerechnet wurde. Der richtige Stand ist + 1 min 30 s. a) Erläutern Sie, wie sich ein Zeitfehler generell auf die Standlinie auswirkt! Durch einen Zeitfehler wird eine Standlinie nur in Ost-West-Richtung verschoben. Bei einem Schiffsort, der aus mehreren mit dem gleichen Zeitfehler behafteten Standlinien ermittelt wurde, ist also nur die geografische Länge falsch, die geografische Breite bleibt richtig. b) Erläutern Sie, in welcher Weise der vorstehende Schiffsort aufgrund des festgestellten Zeitfehlers zu korrigieren ist. Die richtige Zeit liegt eine Minute später. Der Schiffsort wandert mit fortschreitender Zeit nach Westen, in einer Zeitminute um 15 Längenminuten. Die richtige Länge des vorstehenden Schiffsortes ist also

4 11 18,0`W ,0`W = 11 33,0`W. Die Breite ist nicht zu korrigieren. c) Stellen Sie fest, um wieviel sich die BV ändert. Da die BV eine Richtung von 90 hatte, geht die Korrektur der geografischen Länge voll in die BV ein. Die Korrektur ist westlich und muss daher von der Distanz der BV abgezogen werden. Auf ϕ = 36 entsprechen 15 Längenminuten einer Distanz von 15 * cos 36 = 12,1 sm. Die BV verringert sich auf 90, 7,9 sm. 23. Erläutern Sie, warum weder sehr hoch noch sehr niedrig stehende Himmelskörper zur Standortermittlung benutzt werden sollen! Bei sehr hoch stehenden Gestirnen ist die Höhengleiche ein Kreis mit kleinem Radius und daher stark gekrümmt. Da man die Standlinie als Gerade zeichnet, kann es zu große Abweichungen von der wahren (gekrümmten) Standlinie geben. Bei sehr niedrig stehenden Gestirnen kann die Strahlenbrechung deutlich von dem Mittelwert abweichen, für den die Beschickung wegen Strahlenbrechung (Refraktion) in der Gesamtbeschickung (Gb) enthalten ist. Der Grund dafür liegt darin, dass das Licht von sehr niedrig stehenden Gestirnen einen besonders langen Weg durch die Erdatmosphäre zurücklegen muss. Vom Mittelwert abweichende Refraktion kann zu ungenauen Standlinien führen. 24. Was ist astronomisch unter rechtläufiger Bewegung zu verstehen und welche Himmelskörper unterliegen ihr? Die rechtläufige Bewegung ist eine Bewegung relativ zu den Fixsternen, die entgegengesetzt zur scheinbaren Drehung der Himmelskugel verläuft. Der rechtläufigen Bewegung unterliegen: Die Sonne, der Mond und teilweise Planeten. 25. Was versteht man unter einem Zirkumpolarstern und welche Bedingungen müssen hier erfüllt sein? Ein Zirkumpolarstern ist ein Stern, der nicht untergeht. Sein Abweichungsparallel verläuft vollständig über dem Horizont. Von einem Zirkumpolarstern ist auch die untere Kulmination sichtbar. Bedingungen: ϕ und δ müssen gleichnamig sein. δ muss gleich oder größer sein als das Breitenkomplement 90 - ϕ. 26. Rechnerfreaks behaupten: Das Auswerten von Beobachtungen mit HO-Tafeln ist ungenau, weil - die errechneten Höhen in der HO-Tafel auf volle Minuten gerundet sind und - die Rechenorte z.t. erheblich vom Koppelort entfernt sind. Wie beurteilen Sie diese Behauptung? Trotz genauer Rechnerlösung: Beobachtungen mit dem Sextanten sind im allgemeinen nur +/- 1 Bogenminute, also auf +/- 1 sm, genau. Bei dem HO-Verfahren wird auf volle Minuten gerechnet, dies ist noch genauer als die Beobachtung, weil höchstens 0,5` als Fehler durch die Rundung entstehen. Koppelorte bei einer Atlantiküberquerung ohne GPS können ungenau sein, so dass auch bei Lösung mit dem Rechner große Werte für h auftreten können. Insofern ist die Berechnung mit dem HO-Verfahren für das Feststellen von Schiffsorten im freien Seeraum völlig ausreichend. In Küstennähe sind terestrische Standortbestimmungen vorzuziehen. 4 Pkt. 27. Wenn Sie im nautischen Jahrbuch in der Tafel Sonnenaufgang (A) und untergang (U) mit dem Datum 10. Juni und mit der Breite 70 N eingeben, finden Sie die Angabe d.s. Zeichnen Sie eine Meridianfigur, die erkennen lässt, dass die Sonne unter den

5 Gegebenheiten dauernd sichtbar ist. Erforderliche Winkelwerte auf ganze Grade. Lösung: Deklination der Sonne am 10. Juni: fast genau 23 N. ZEICHNUNG 28. Nennen Sie den Grund, warum die Deklination der Sonne im Verlauf des Jahres sich zwischen ca. 23,5 N und S bewegt. Die Erdachse ist zur Ebene der Erdbahn um etwa 66,5 geneigt, die Achse steht also nicht senkrecht zur Umlaufbahn. Dadurch steht die Sonne nur zweimal im Jahr senkrecht über dem Äquator, und zwar zu Frühlingsanfang etwa am 21. März und zum Herbstanfang etwa am 23. September. Der Bildpunkt der Sonne kann Ende Juni bis auf eine Breite von 90-66,5 = 23,5 N kommen, Ende Dezember entsprechend auf maximal 23,5 S. 29. Wie nennt man die Bahn, auf der sich die Erde im Verlaufe eines Jahres um die Sonne bewegt. Die Bahn der Erde um die Sonne heißt Ekliptik. 30. In der Tafel Gesamtbeschickung für den Kimmabstand des Sonnenunterrandes finden Sie unter Augeshöhe = den Wert 16`. Worum handelt sich dabei? Es handelt sich um den mittleren Sonnenradius. 1,5 Pkt. 31. In der Tafel Gesamtbeschickung für den Kimmabstand des Sonnenunterrandes sind bei Ka 90 folgende Werte angegeben: Bei Augeshöhe 0 m der Wert 16`, bei Augeshöhe 8 m der Wert 11,0`. Worum handelt es sich bei dieser Differenz von 5`? Es handelt sich um die mittlere Kimmtiefe. 1,5 Pkt. 32. Zeichnen Sie eine Meridianfigur mit ϕ = 23 N (oder S) und δ = 55 N mit ausführlicher Beschriftung. Was ist der erste Vertikal? In welchem Sektor (z.b. SW, NW) geht das Gestirn unter? ZEICHNUNG G = Gestirn, hier beim Meridiandurchgang. U = Untergangspunkt. Das Gestirn geht im Nordwest-Sektor unter. z o = Meridianzenitdistanz. h o = wahre Höhe beim Meridiandurchgang. Der 1.Vertikal ist der Vertikalkreis für alle Gestirne, dia das Azimut 90 haben. Nordmeridian = Teil des Himmelsmeridians vom Zenit bis zum Nordpunkt. Südmeridian = Teil des Himmelsmeridians vom Zenit bis zum Südpunkt. 33. Die Polarkreise fallen mit den Breitenparallelen 66 33`N und 66 33`S zusammen. Welche astronomischen Gegebenheiten haben zu dieser Feststellung geführt? Was geben die Polarkreise ohne Berücksichtigung der Strahlenbrechung und des Sonnendurchmessers an? Wenn die Sonne eine Abweichung von 23 27`S hat, befindet sich ihr Mittelpunkt für einen Beobachter auf 66 33`N gerade auf dem wahren Horizont. Entsprechendes gilt bei einer Abweichung 23 27`N für einen Beobachter auf 66 33`S. In diesen Fällen steigt der Sonnenmittelpunkt also nicht über den wahren Horizont. Ohne

6 die Berücksichtigung der Strahlenbrechung (Refraktion) und des Sonnendurchmessers geben die Polarkreise demnach die Grenzen der Polarnachtgebiete an. Bei einer Abweichung von 23 27`N und einer Breite von 66 33`N steht der Mittelpunkt der Sonne immer auf oder oberhalb des wahren Horizonts. Entsprechendes gilt für die südliche maximale Abweichung und einen Beobachter auf entsprechender Südbreite.