Anleitung für das Programm Sternzeit V7.0 von Norbert Friedrichs DL6MMM September 2016

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1 Anleitung für das Programm Sternzeit V7.0 von Norbert Friedrichs DL6MMM September 2016 Anleitung Sternzeit Seite 1 von 16 Norbert Friedrichs

2 Inhaltsverzeichnis: 1. Bedienung des Programms 1.1 Nutzungsbedingungen 1.2 Aufbau der Programmoberfläche 1.3 Mathematische Grundlagen 1.4 Erläuterung der einzelnen Programmfunktionalitäten Beobachtungsorte editieren bzw. neu eingeben Objekte editieren bzw. neu eingeben Mögliche Erweiterung Bilder der Objekte Sternbilder Umrechnungen Zeitgleichung Suchen-Funktion Hilfe 2. Quellenangabe 3. Versionsgeschichte Anleitung Sternzeit Seite 2 von 16 Norbert Friedrichs

3 1 Bedienung des Programms 1.1 Nutzungsbedingungen Zurück zum Inhaltsverzeichnis Das vorliegende Programm Sternzeit.exe ist freeware. Es darf beliebig genutzt, kopiert und weiter gegeben werden. Das Programm wurde nach bestem Wissen erstellt. Jegliche Haftung für Schäden, die durch eine Nutzung des Programms entstehen könnten, sind ausgeschlossen. 1.2 Aufbau der Programmoberfläche Zurück zum Inhaltsverzeichnis Die Programmoberfläche ist in 2 Abschnitte gegliedert (siehe Bild). Der obere Bereich ist für den Beobachtungsort sowie für die Beobachtungszeit reserviert. In der ersten Zeile wird die aktuelle PC-Zeit (in der Regel die Ortszeit) angezeigt. Sie wird von der internen Uhr des PCs laufend aktualisiert. In der zweiten Zeile wird aus der aktuellen PC-Zeit mittels der Differenz aus Lokalzeit und Zeitzone die UTC berechnet. Die Angaben für den Beobachtungsort (maximal sind 500 Orte möglich) für Länge und Breite sind in ' '' (Grad Minute Sekunde) oder in Grad (dezimal) möglich. Wenn ein Beobachtungsdatum und eine Beobachtungszeit eingetragen sind, werden augenblicklich die Lokale Sternzeit zum Beobachtungszeitpunkt und die Sternzeit in Greenwich zur Zeit 00:00:00 UT berechnet und angezeigt. Die beiden Schaltflächen unterhalb des Beobachtungsdatums schalten jeweils um einen Tag zurück bzw. um einen Tag weiter. Die beiden Schaltflächen unterhalb der Beobachtungszeit schalten diese jeweils um eine Stunde zurück bzw. um eine Stunde weiter. Wird über 0:00:00 Uhr hinweg Anleitung Sternzeit Seite 3 von 16 Norbert Friedrichs

4 geschaltet, wirkt sich das auch auf den Tag aus. In diesem Zusammenhang muss angemerkt werden, dass das Programm ab korrekt arbeitet. Datumswerte zwischen dem und existieren nicht! Das liegt an der Kalenderreform im 16. Jahrhundert. Auf den (julianischer Kalender) folgte damals unmittelbar der (gregorianischer Kalender). Die Einführung des gregorianischen Kalenders war aber nicht einheitlich in der damaligen Welt. In Polen, Italien, Spanien, Portugal und weiten Teilen Frankreichs wurde der Kalender bereits 1582 eingeführt. In Österreich und in den katholisch geprägten Regionen Deutschlands wurde der neue Kalender 1583 eingeführt. Preußen folgte erst Als letztes Land der Welt führte die Türkei den gregorianischen Kalender erst zum ein! Das vorliegende Programm berücksichtigt diese Kalenderreform. Auch werden die Schaltjahre (seit ) korrekt berücksichtigt. Folgende Schaltjahresregeln sind implementiert: - Ein Jahr ist ein Schaltjahr, wenn es ohne Rest durch 4 teilbar ist. - Ein Jahr ist kein Schaltjahr, wenn es auch ohne Rest durch 100 teilbar ist. - Ein Jahr ist doch ein Schaltjahr, wenn es auch ohne Rest durch 400 teilbar ist. Ebenfalls werden das Julianische Datum (JD0) für 0:00:00 UTC und das Julianische Datum (JD1) für die Beobachtungszeit in UTC berechnet und angezeigt. Der untere Bereich ist für die Beobachtungsobjekte, für die Anzeige des Stundenwinkels sowie für Azimut und Höhe des Objekts zum Beobachtungszeitpunkt reserviert. Maximal können 1000 Objekte für jede der 6 Objektdateien gespeichert werden. Rechts kann eine der 6 Objektdateien gewählt werden. Ist das geschehen, werden sofort alle darin enthaltenen Objektdaten geladen und der erste Datensatz zur Anzeige gebracht. In der linken Combobox kann eines der darin sichtbaren alphabetisch geordneten Objekte ausgewählt werden. Durch die darunter angeordneten linken 4 Tasten kann einzeln zwischen den Datensätzen umgeschaltet werden. Dabei erfolgt die Umschaltung aber nach der Nummerierung der Datensätze (abgespeicherte Reihenfolge in den dat-dateien). Mit den vier anderen Schaltflächen rechts davon können der Reihe nach - der aktuell angezeigte Datensatz gelöscht werden - der aktuell angezeigte Datensatz in einen neuen Datensatz kopiert werden - ein neuer leerer Datensatz angelegt werden - der aktuell angezeigte neue oder editierte Datensatz gespeichert werden. Wenn ein neuer oder kopierter Datensatz angelegt wurde, werden bestimmte Schaltflächen ausgeblendet, damit es zu keinen Kollisionen im Programm kommt. Durch Speichern oder durch Betätigen der restlichen Schaltflächen werden die ausgeblendeten Schaltflächen wieder sichtbar. Wird nicht gespeichert, sind die Änderungen bzw. ist der neue Datensatz in der dat-datei nicht enthalten. Dieses Verhalten ist auch im oberen Teil bei den Beobachtungsorten implementiert. Anleitung Sternzeit Seite 4 von 16 Norbert Friedrichs

5 1.3 Mathematische Grundlagen Zurück zum Inhaltsverzeichnis Im Folgenden sollen die mathematischen Grundlagen des Programms dargestellt werden. Berechnung des Julianischen Datums (JD) (Quelle [1]): Die Schreibweise gegeben: Beobachtungsdatum BD in dd.mm.jjjj (in UTC) Beobachtungszeit BZ in hh:mm:ss (in UTC) gesucht: Julianisches Datum JD0 (für BD um 00:00:00 UTC) gesucht: Julianisches Datum JD1 (für BD und BZ in UTC) Berechnung (schreibweise in VisualBasic): Y = Year(BD) ; h = Hour(BZ) M = Month(BD) ; m = Minute(BZ) D = Day(BD) ; s = Second(BZ) If M >= 2 Then Y = Year(BD) M = Month(BD) Else Y = Year(BD) -1 M = Month(BD) +12 End If H = h/24 + m/ s/86400 '(H = BZ als Bruchteil des Tages) If BD >= CDate( ) Then 'Gregorianischer Kalender A = Fix(Y/100) B = 2 A + Fix(A/4) End If If BD <= CDate( ) Then B = 0 End If 'Julianischer Kalender If Cdate > ( ) And BD < CDate( ) Then 'Dieses Datum BD existiert nicht! Auf dem folgte 'unmittelbar der wegen der Kalenderreform. End If JD0 = Fix(365,25 * (Y ) + Fix(30,6001 * (M + 1)) + D + B 1524,5 JD1 = JD0 + H Anleitung Sternzeit Seite 5 von 16 Norbert Friedrichs

6 Berechnung der Zeitgleichung ZGL: Die exakte Berechnung der Zeitgleichung ist ein recht umfangreicher Vorgang (siehe [5]). Im vorliegenden Programm wird eine vereinfachte Funktion benutzt: (G)*SIN(4*(PI)*((X)+(B))/(C)) (Funktion 1) (F)*SIN(2*(PI)*((X)+(A))/(C)) (Funktion 2) (F)*SIN(2*(PI)*((X)+(A))/(C))+(G)*SIN(4*(PI)*((X)+(B))/(C)) (Funktion 3) mit A = 3 B = 10 C = 365,25 F = -7,3 G = -10 PI = 3, = 4*ATN(1) x-bereich: 0 <= X <= 365,25 Intervallbreite:7 (=1 Woche) y-bereich: -17 <= Y <= +17 Intervallbreite: 1 (je 1 min der Zeitgleichung) X = laufender Tag des Jahres Die Funktion 1 beschreibt den Einfluss der parallelen Verlagerung der geneigten Erdachse auf der Bahn der Erde um die Sonne auf die Zeitgleichung. Die Funktion 2 beschreibt den Einfluss der Elliptizität der Erdbahn auf die Zeitgleichung. Die Funktion 3 ist die Summe der beiden obigen Funktionen und gibt mit ausreichender Genauigkeit (± 1 min) die Zeitgleichung wieder. Die Funktionen wurden vom Autor empirisch ermittelt unter Berücksichtigung der folgenden Hauptwerte: Nullpunkte: 13. April, 13. Juni, 1. September und 25. Dezember Hauptextremwerte: 11. Februar ( 14 min 14 s) und 3. November (+16 min 26 s) Nebenextremwerte: am 14. Mai (+3 min 40 s) und am 26. Juli ( 6 min 32 s) Negative Zahlenwerte bedeuten: Die wahre Sonnenzeit läuft der mittleren Sonnenzeit beziehungsweise die wahre Sonne der mittleren Sonne nach. Positive Zahlenwerte bedeuten: Die wahre Sonnenzeit läuft der mittleren Sonnenzeit beziehungsweise die wahre Sonne der mittleren Sonne voraus Mit Hilfe eines kleinen Programms (siehe [6] oder [7]) kann der interessierte Nutzer die drei genannten Funktionen mit den angegebenen Parametern grafisch darstellen und erhält so für jeden Tag des Jahres einen Wert für die Zeitgleichung (siehe folgendes Bild). Wem diese einfache Näherung nicht reicht, kann die Variablen A, B, C, F und G variieren, bis die gewünschte Genauigkeit erreicht wird. Das Formular Zeitgleichung bietet dafür die Möglichkeit. Ein Klick auf die Schaltfläche <groß> macht die Variablen sichtbar. Die neu und für besser gefundenen Werte lassen sich in der Datei Zeitgleichung.ini für die spätere Verwendung abspeichern. Wird diese Datei gelöscht, werden beim nächsten Start des Formulars die oben genannten Werte als Standardwerte wieder eingelesen. Anleitung Sternzeit Seite 6 von 16 Norbert Friedrichs

7 Berechnung der Sternzeit q (Quelle [2]): Als erstes berechnet man das Julianische Datum (JD) um 0 Uhr UT des Beobachtungsdatums (siehe oben). Als nächstes wird der Wert T bestimmt: T = (JD ,0) / Die mittlere Sternzeit in Greenwich am Beobachtungstag um 0 Uhr UT ist dann: Qo = 6h 41m 50,54841s ,812866s * T + 0, s * T² + 0, s * T³ Es sind die Einheiten der Summanden zu beachten (der erste Summand in h m s, die anderen drei Summanden in s)! Soll die mittlere Sternzeit nicht um 0 Uhr UT, sonder um t UT bestimmt werden, so ist folgendermaßen zu verfahren: Q t = Q o + t * 1, Auch hier sind die Einheiten zu beachten! Schließlich ist noch der Beobachtungsort zu berücksichtigen. Dazu benötigt man die geographische Länge des Beobachtungsortes l. Die Sternzeit am Beobachtungsort zur Beobachtungszeit ergibt sich damit zu Q = Q t + l / 15 l ist dabei in Grad anzugeben. Liegt der Ort östlich von Greenwich, ist l positiv, liegt er westlich von Greenwich ist l negativ einzugeben. Durch dieses Rechenverfahren kann Q Werte über 24 h annehmen. In dem Falle sind die ganzzahligen Vielfachen von 24 von Q abzuziehen. Berechnung des Stundenwinkels t (Quelle [3]): Der Stundenwinkel t ergibt sich aus der Differenz von Sternzeit Q und Deklination d : t = Q - d Ist die Sternzeit Q kleiner als die Deklination d, ist zur Sternzeit Q 24 zu addieren. d ist natürlich zuvor in h m s umzurechnen ( 360 entsprechen 24 h ). Alle diese Berechnungen werden im vorliegenden Programm schnell ausgeführt. Anleitung Sternzeit Seite 7 von 16 Norbert Friedrichs

8 Berechnung der Horizontkoordinaten a und h (Quelle [4]): Die Horizontkoordinaten a (Azimut) und h (Höhe) berechnen sich nach folgenden Gleichungen: a = arctan( sin t / (sin j * cos t cos j * tan d ) ) h = arcsin ( sin j * sin d + cos j * cos d * cos t ) mit t = Stundenwinkel des Objekts zum Beobachtungszeitpunkt (in Grad) j = geographische Breite des Beobachtungsortes (in Grad) d = Deklination des Himmelsobjekts (in Grad) a ist hier mehrdeutig. Der Quadrant von a hängt von den Vorzeichen von sin t und (sin j * cos t cos j * tan d ) ab. Im Programm ist folgende Orientierung festgelegt: 0 entspricht Norden 90 entspricht Osten 180 entspricht Süden 270 entspricht Westen. Anleitung Sternzeit Seite 8 von 16 Norbert Friedrichs

9 Zurück zum Inhaltsverzeichnis 1.4 Erläuterung der einzelnen Programmfunktionalitäten Beobachtungsorte editieren bzw. neu eingeben Zurück zum Inhaltsverzeichnis Maximal können 500 Beobachtungsorte im Programm gespeichert werden. Zu jedem Beobachtungsort gehört die geographische Breite j in Grad (nördlich des Äquators positiv, südlich des Äquators negativ), die geographische Länge l in Grad (östlich von Greenwich positiv, westlich von Greenwich negativ) und die Zeitzone als Differenz zu UT (östlich von Greenwich positiv, westlich von Greenwich negativ). Ansicht des Formulars zur Neueingabe eines Beobachtungsortes und eines neuen Objekts für die Objektdatei ObjNebel.dat. Anleitung Sternzeit Seite 9 von 16 Norbert Friedrichs

10 1.4.2 Objekte editieren bzw. neu eingeben Zurück zum Inhaltsverzeichnis Maximal können 1000 Objekte für jede der 7 Objektdateien gespeichert werden. Folgende Objektdateien sind eingebunden: ObjSterne.dat für Sterne ObjGalax.dat für Galaxien ObjHaufen.dat für Sternhaufen ObjVeraender.dat für veränderliche Sterne ObjDoppelte.dat für Doppel- und Mehrfachsterne ObjNebel.dat für Nebel-Objekte ObjNaviSterne.dat für Navigationssterne Mitgeliefert werden alle Objektdaten der Objekte, die in den eingebauten Sternbildern aufgeführt sind und einige weitere Objekte. Sonne, Mond und die Planeten/Planetoiden sind nicht enthalten. Die Namen dieser 7 Objektdateien dürfen nicht geändert werden. Auch lassen sich keine weiteren Objektdateien hinzufügen. Die Objektdateien haben folgenden Aufbau: Objekt Rektaszension Deklination mv SpK Lj Bemerkung Ori_Alpha = Beteigeuze 05h 55m 10,3s 07 24' 25,4" 0,0-1,3 643 Ori_Delta = Mintaka 05h 32m 00,4s 0 17' 57" 2,20-2,35 O9 + B2 916 V838 Mon = Rote Nova von h 04m 4,85s -3 50' 51,1" 15,74 M ~20000 StB: Einhorn SN_1987A = Supernova 5h 35m 28,03s ' 11,79" 3 B Große Magellansche Wolke Trennzeichen zwischen den einzelnen Feldern ist der senkrechte Strich (ASCII-Wert 124). Aus diesem Grunde ist es auch nicht erlaubt, dieses Zeichen in die Eingabefelder einzugeben. Der Datensatz würde sonst unbrauchbar werden. Im Programm sind Vorkehrungen getroffen worden, dass eine Eingabe von nicht möglich ist bzw. dass ein solches Zeichen aus den Eingabefeldern wieder entfernt wird. Die erste Zeile ist bei allen dat-dateien gleich und wird nicht angezeigt und ausgewertet. Sollte einmal eine Datei verloren gehen, wird beim nächsten Programmstart diese Datei neu mit der 1. Zeile angelegt. Die ehemals enthaltenen Objektdaten sind dann aber unwiderruflich verloren und müssen neu eingegeben werden. Jeder Datensatz ist mit Enter abzuschließen. Nach dem Enter des letzten Datensatzes darf keine Leerzeile folgen. Anleitung Sternzeit Seite 10 von 16 Norbert Friedrichs

11 1.4.3 Mögliche Erweiterung Bilder der Objekte Zurück zum Inhaltsverzeichnis Zur Erhöhung des Informationsgehalt der gespeicherten Daten lassen sich zu den einzelnen gespeicherten Objekten im Ordner Bilder jpg-dateien ablegen. Diese werden bei der Auswahl eines Objekts in einem quadratischen Feld rechts unten neben den Objektdaten angezeigt. Die zu speichernden Bilder sollten folgende Eigenschaften haben: Dateiformat: JPG Bildformat: 80x80 Pixel oder größer Um Verzerrungen zu vermeiden, sollten sie quadratisch sein. Aus lizenzrechtlichen Gründen werden vom Autor keine Bilder mit geliefert! Jeder Nutzer kann eigene Bilder in dieses Bildarchiv übernehmen. Bei der Namensgebung der Bilder ist folgende Besonderheit zu beachten: Grundlage ist der angezeigte Objektnamen. Alles was links vom ersten Leerzeichen im Objektnamen steht, ist dann der Dateiname der Bilddatei zuzüglich der Dateiendung.jpg. Beispiel: "Vir_Alpha = Spica " Vir_Alpha.jpg "M61 " M61.jpg Achtung: Jeder Objektname ist mit einem Leerzeichen abzuschließen! Im Bildnamen darf kein Leerzeichen enthalten sein! Sternbilder Zurück zum Inhaltsverzeichnis Über den Menüpunkt Sternbilder lassen sich die wichtigsten Sternbilder des nördlichen Sternhimmels aufrufen. Die in den jeweiligen Formularen aufgeführten Objekte (Sterne, Galaxien, Haufen, Nebel) lassen sich durch Anklicken in das Hauptformular übertragen (Bezeichnung, Rektaszension, Deklination, visuelle Helligkeit, Spektralklasse (bei Sternen), Entfernung und Bemerkung). Dabei werden bei angegebener Beobachtungszeit der Stundenwinkel des Objekts sowie die Horizontkoordinaten (Azimut und Höhe) berechnet. Rektaszension und Deklination der Objekte werden aus der entsprechenden Objektdatei ausgelesen und können dort auch editiert werden. Die Bezeichnung ist aber für diese Objekte fest vorgegeben. Weitere Objekte lassen sich nicht zu den Sternbildern hinzufügen. Anleitung Sternzeit Seite 11 von 16 Norbert Friedrichs

12 1.4.5 Umrechnungen Zurück zum Inhaltsverzeichnis Über den Menüpunkt Werkzeuge ist der Eintrag Umrechnung von Winkel und Zeitmaß zu finden. Ein Klick auf diese Zeile öffnet das folgende Formular. Winkelgrade (dezimal) beziehungsweise Zeitmaße (dezimal) lassen sich damit in Winkelgrade in ' '' (Grad, Minute, Sekunde) beziehungsweise in h m s (Stunde, Minute, Sekunde) und umgekehrt umrechnen. Auch die Summe bzw. die Differenz von 2 (Uhr-)Zeiten lässt sich ermitteln. Anleitung Sternzeit Seite 12 von 16 Norbert Friedrichs

13 1.4.6 Zeitgleichung Zurück zum Inhaltsverzeichnis Der zweite Eintrag in dem Menü Werkzeuge Zeitgleichung öffnet das folgende Formular: Durch Eingabe eines Datums im Format TT.MM.JJJJ wird einmal die seit dem des Vorjahres vergangene Anzahl der Tage angezeigt. Zum Anderen wird der Wert der Zeitgleichung nach einer vereinfachten Formel (siehe Abschnitt 1.3 Mathematische Grundlagen) berechnet. Das Ergebnis wird mit einer Genauigkeit von +- 1 Minute (ohne Nachkommastellen) angezeigt. Diese Genauigkeit sollte für die meisten Belange des Alltags ausreichend sein. Die Zeitgleichung (Formelzeichen ZG oder ZGL) ist der Zeitunterschied zwischen der wahren Sonnenzeit (wahre Ortszeit WOZ) und der mittleren Sonnenzeit (mittlere Ortszeit MOZ). ZGL = WOZ - MOZ Doppelklick auf das Datumsfeld schaltet das Datum automatisch zwischen den Hauptwerten und dem aktuellen Datum um: min (Hauptextremwert) min (Nullpunkt) min (Nebenextremwert) min (Nullpunkt) min (Nebenextremwert) min (Nullpunkt) min Hauptextremwert min Nullpunkt aktuelles Datum Anleitung Sternzeit Seite 13 von 16 Norbert Friedrichs

14 1.4.7 Suchen-Funktion Zurück zum Inhaltsverzeichnis Ober den Menüeintrag Datei Suchen kann das Suchen-Formular aufgerufen werden. Es können ein (linkes Bild) oder zwei (rechtes Bild) Suchkriterien eingegeben werden. Diese Auswahl erfolgt durch Klick auf das hellblaue Feld links oben. Dabei wird auch die Suchlogik festgelegt: (leeres Feld) Es werden alle Treffer angezeigt, wenn der 1. Suchtext im Datensatz gefunden wurde. UND Es werden nur Treffer angezeigt, wenn der 1. Suchtext UND ODER der 2. Suchtext im Datensatz gefunden wurden. Es werden nur Treffer angezeigt, wenn der 1. Suchtext ODER der 2. Suchtext im Datensatz gefunden wurden. UND NICHT Es werden nur Treffer angezeigt, wenn der 1. Suchtext UND NICHT der 2. Suchtext im Datensatz gefunden wurden. Durchsucht werden alle Datenfelder der Datensätze in den aktivierten Objektdateien. Groß- und Kleinschreibung wird ignoriert, Leerzeichen jedoch werden beachtet. Die Anzeige der gefundenen Datensätze erfolgt im Hauptformular unter Berücksichtigung und Anzeige der Objektdatei Hilfe Zurück zum Inhaltsverzeichnis Der Menüeintrag Hilfe ruft in einem gesonderten Formular diese Hilfe-Datei auf. Anleitung Sternzeit Seite 14 von 16 Norbert Friedrichs

15 2. Quellenangabe Zurück zum Inhaltsverzeichnis Für die mathematischen Grundlagen wurden die folgende Quellen herangezogen: [1] [2] Amateure/_Zeit/_Zeitrechnungen [3] [4] _ Amateure/_Positionsastronomie/_Koordinatentransformationen [5] [6] [7] Anleitung Sternzeit Seite 15 von 16 Norbert Friedrichs

16 3. Versionsgeschichte Zurück zum Inhaltsverzeichnis V1.0 Juni 2004 Orte und Objekte konnten schon editiert werden. Weitere Orte und Objekte lassen sich speichern. Sternzeit und Stundenwinkel werden berechnet. V2.1 Juni 2004 Neue Oberfläche V3.15 August 2004 Horizontkoordinaten werden jetzt zusätzlich mit ausgegeben. Wichtige Sternbilder des nördlichen Sternhimmels mit den wichtigsten Objekten werden angezeigt. Die Objekte lassen sich direkt im Hauptformular einblenden. V4.00 August 2004 Für die universelle Verwendung des Programms ist eine ini-datei notwendig, die aber für jedes Beobachtungsjahr neu erstellt werden muss. Die dazu notwendigen Angaben sind einem aktuellen Sternkalender zu entnehmen. V6.0 September 2016 Die Erstellung einer ini-datei wird jetzt überflüssig, die Sternzeit wird jetzt aus dem aktuellen Datum und der aktuellen Uhrzeit direkt errechnet. Zu den einzelnen Objekten können jetzt Bilder (jpg-format) hinterlegt werden. Aus lizenzrechtlichen Gründen muss jeder Nutzer diese Bilder selber gewinnen und im Unterordner Bilder ablegen. Eine komfortable Suchfunktion über alle Datensätze und in allen Objektdateien wurde implementiert. V7.0 Oktober 2016 Hinzugekommen ist eine Sternkarte im Horizontsystem. Sie zeigt die ausgewählten Himmelsobjekte am Beobachtungsort zur gewählten Beobachtungszeit. Bei den Sternen wurden jetzt die Hauptsterne aller 88 IAU-Sternbilder eingearbeitet (580 Sterne). Anleitung Sternzeit Seite 16 von 16 Norbert Friedrichs