T E M P U S M U N D I H A N D B U C H

Transkript

1 TEMPUS MUNDI H A N D B U C H

2 Zeitgleichungstafel Weltkarte Diopter (Sonne) Südmarke Zeitring Äquatorplatte Breitengradskala Bodenplatte Drehteller Wasserwaage Nivellierschraube Bild 1: TEMPUS MUNDI [2]

3 TEMPUS MUNDI Die äquatoriale Sonnenuhr TEMPUS MUNDI ist von HELIOS Sonnenuhren in enger Zusammenarbeit mit Christian Wernli, dem Präsidenten der Schweizerischen Astronomischen Gesellschaft SAG, und der ETH Zürich als astronomisches Lehrmodell zur Erklärung der Zeitmessung mit der Sonne entwickelt worden. Mit dem als Sonne stilisierten Diopter lässt sich auf anschauliche Weise die scheinbare Wanderung unseres Tagesgestirns um die Welt verfolgen. Der projizierte Lichtpunkt wird mit der sogenannten Zeitgleichungskurve (Analemma) zur Deckung gebracht und zeigt an, wo auf der Welt die Sonne gerade ihren Höchststand (wahrer Mittag) erreicht. Am Zeitring liest man die Normalzeit oder die Sommerzeit minutengenau ab. Nicht nur die im eigenen Land gültige, sondern auch jede andere Zonenzeit kann bestimmt werden. Die flächentreue Weltkarte enthält alle Zeitzonen der nördlichen Hemisphäre und deren Differenz zur Weltzeit. An der Zeitgleichungskurve kann man das Datum, die Jahreszeit, die Zeitgleichung und die Deklination der Sonne ablesen. Die Sonnenuhr ist für jeden Standort der Welt zwischen 0 und 90 N einstellbar. Beispielsweise zeigt die TEMPUS MUNDI in Bild 1 an, dass die Sonne über der Ostküste Amerikas steht. Gleichzeitig liest man den 1. April und 17 Uhr MESZ ab. Das ist die Zeit, die Sie auch von Ihrer Armbanduhr ablesen. Das ist keineswegs selbstverständlich, denn normalerweise zeigen Sonnenuhren die Sonnenzeit an. Die wahre Zeit von der Sonne Die Sonnenzeit gibt uns den natürlichen Lauf der Sonne an unserem Standort wieder. Die Sonnenzeit wird daher auch wahre Ortszeit (WOZ) genannt. Wenn an Ihrem Wohnort die Sonne ihren Tageshöchststand (Kulmination) erreicht, ist es exakt 12 Uhr WOZ. Dieser Zeitpunkt ist der wahre Mittag, der den Tag tatsächlich in zwei gleich lange Hälften teilt. Schon mit einer primitiven Sonnenuhr kann man diesen Zeitpunkt feststellen, nämlich dann, wenn ein senkrecht in die Erde gesteckter Stab den kürzesten Schatten wirft. Wenn wir nun den wahren Mittag über mehrere Tage hinweg verfolgen, werden wir mit unserer Armbanduhr feststellen, dass er zu ganz unterschiedlichen Zeiten eintritt. Die Zeit von Mittag zu Mittag ist offensichtlich nicht immer 24 Stunden lang, der Sonnentag ist mal kürzer und mal länger. Die Sonnenuhr geht während des Jahres gegenüber dem Mittelwert bis zu 16 Minuten vor und bis zu 14 Minuten nach. Die Gründe für den unregelmäßigen Sonnengang sind die elliptische Erdbahn um die Sonne und die zur Erdbahn schief gestellte Erdachse. Die wahre Ortszeit (WOZ) ist also keine gleichmäßige Zeit und folglich ungeeignet für die Zeitmessung mit mechanischen Uhren. Daher hat man bereits im 18. Jahrhundert für größere Städte eine gemittelte Zeit, die mittlere Ortszeit (MOZ), eingeführt. Die Differenz von wahrer und mittlerer Ortszeit nennt man Zeitgleichung. Bild 2 zeigt, wie sich die Zeitgleichung im Laufe des Jahres verändert. Zeitgleichung [min] Zeitzonen Die Erfindung der Eisenbahn und der Telegrafie im Zuge der industriellen Revolution im 19. Jahrhundert ermög lich te Fernreisen und weltweite Kommunikation. Vor allem die Notwendigkeit von überregionalen Zugfahrplänen führte zur weiteren Vereinheitlichung der Zeit: die Einführung der Zeitzonen durch eine internationale Vereinbarung aus dem Jahr Die Zeitzonen liegen jeweils eine Stunde auseinander, genau die Zeitdauer, die die Sonne für ihre scheinbare Wanderung um die Erde für 15 Längengrade benötigt. Auf der TEMPUS MUNDI sind der Nullmeridian durch Greenwich bei London, auf den sich die koordinierte Weltzeit (Universal Time Coordinated UTC) bezieht, und die Zeitzonenmeridiane östlich und westlich im Abstand von 15 mit den jeweiligen Ortszeitdifferenzen zur UTC abgebildet. Auf der Weltkarte sind sowohl die Ländergrenzen (schwarz) als auch die Zeitzonengrenzen (orange) eingezeichnet. Die Ortszeitdifferenz der betreffenden Zeitzone zur UTC ist innerhalb der Zeitzonengrenzen angegeben. Beispielsweise ist die in den meisten Ländern Europas gültige Zonenzeit die mitteleuropäische Zeit (MEZ). Sie ist als die mittlere Ortszeit (MOZ) am 15. Längengrad östlich von Greenwich, auf dem z.b. die deutsche Stadt Görlitz liegt, definiert. Sie geht gegenüber der Weltzeit um eine Stunde (+1h) vor. Jahreszeiten Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Bild 2: Zeitgleichung Sonnenzeit (WOZ) geht vor Sonnenzeit (WOZ) geht nach Unsere Erde rotiert täglich um ihre Achse und wandert in einem Jahr einmal um die Sonne. Die Erdachse ist zur Senkrechten auf der Erdbahnebene um 23,44 geneigt. Durch den Umlauf der Erde um die Sonne ändert sich ständig die Richtung zur Sonne, die Erdachse zeigt dabei stets zum Himmelspol in der Nähe des Polarsterns. Das ist der Grund, warum die Sonne - von der Erde aus gesehen - auf ihrem jährlichen Umlauf zwischen den Wendekreisen hin und her wandert und die Jahreszeiten entstehen (Bild 3). Zur Wintersonnenwende am 21. Dezember steht die Sonne am südlichen Wendekreis, dem Wendekreis des Steinbocks. Von der Nordhälfte der Erde aus gesehen, zieht sie ihre niedrigste Tagesbahn über dem Horizont. Der gesamte nördliche Polarkreis ist an diesem Tag im Dunkeln. Am Südpol herrscht dagegen Polartag. Von diesem Tag an steigt die Sonne wieder auf und zieht jeden Tag eine höhere Bahn, man spricht von der aufsteigenden Sonne. Zum Frühlingsanfang (Widderpunkt) am 20. / 21. März überquert die Sonne den Äquator. Tag und Nacht sind gleich lang. Ab jetzt geht am Nordpol die [3]

4 Sommeranfang Frühlingsanfang Erdbahn Bild 3: Die Jahreszeiten Herbstanfang Winteranfang Sonne ein halbes Jahr nicht mehr unter, am Südpol ist im gleichen Zeitraum Nacht. Am 20. / 21. Juni zur Sommersonnenwende ist sogar der gesamte nördliche Polarkreis ganztags beleuchtet, die Sonne erreicht den nördlichen Wendekreis (Wendekreis des Krebses), auf der Nordhälfte der Erde zieht sie ihre höchste Tagesbahn. Ab jetzt steigt die Sonne wieder ab und wird am 22. / 23. September den Äquator in südlicher Richtung überqueren. Es ist wieder Tagundnachtgleiche, die Sonne tritt in das Tierkreiszeichen Waage ein und der Herbst beginnt auf der Nordhälfte der Erde. Am 21. / 22. Dezember fängt der Winter und der jahreszeitliche Kreislauf von vorne an. Auf der Zeitgleichungstafel kann man die Sonnenwanderung zwischen den Wendekreisen verfolgen (Bild 4). Die Sonnenuhr TEMPUS MUNDI ist nach der Einstellung für den Standort wie die Erde ausgerichtet. Die Zeitgleichungstafel steht parallel zur Erdachse und die Äquatorplatte mit der Weltkarte parallel zum Himmelsäquator. Die folgende Anleitung erklärt die Einstellung der Sonnenuhr für den eigenen Standort und die Funktionen des Instruments. Einrichtung für den Standort Die Kenntnis der geografischen Koordinaten des Standorts ist für die Einstellung der Sonnenuhr nötig. Diese können Sie aus einem Messtischblatt oder mit Google Earth im Internet bestimmen oder auch von uns bestimmen lassen. Die Einrichtung für den Standort erfolgt in vier Schritten. Als Beispiel wählen wir Frankfurt am Main als Standort der Sonnenuhr. Die geografischen Koordinaten von Frankfurt lauten: 50,1 nördliche Breite und 8,7 östliche Länge. Sommersonnwende (Krebs) 20./21. Juni Frühlingsanfang (Widder) 20./21. März und Herbstanfang (Waage) 22./23. September Bild 4: Die Jahreszeiten auf der TEMPUS MUNDI Wintersonnenwende (Steinbock) 21./22. Dezember 1. Eigenen Standort auf der Weltkarte einrichten Dieser Schritt hat zum Ziel, dass die Mittagslinie durch den eigenen Standort auf der Weltkarte geht. Nach richtiger Ausrichtung der Sonnenuhr läuft diese gedachte Linie ge nau in Nord-Süd-Richtung. Der Standort wird mit Hilfe der Längengradskala am äußeren Rand der Weltkarte eingestellt. Drehen Sie den Zeitring, bis 12 Uhr mit der Südmarke auf der Äquatorplatte übereinstimmt (Bild 5). Der Zeitring rastet dabei spürbar ein. Dann wird die Rändelmutter, die sich auf der Unterseite der Äquatorplatte befindet, gelöst. Die Weltkarte wird nun gedreht, bis der Längengrad Ihres Standorts auf dem 12 Uhr-Pfeil steht. In Bild 5 ist dies 8,7 O, die geografische Länge von Frankfurt am Main. Falls die Weltkarte sich nicht drehen lässt, kann sie durch die vier kreisförmigen Aussparungen auf der Unterseite etwas angehoben werden. [4]

5 Südmarke Bild 5: Längengrad (Beispiel: 8,7 O für Frankfurt) einstellen 4. Nach Norden ausrichten Auf der TEMPUS MUNDI lässt sich die in Ihrem Land gültige Zonenzeit ablesen, so dass Sie diese direkt mit der Zeit auf Ihrer Armbanduhr vergleichen können. Daher können Sie umgekehrt die TEMPUS MUNDI nach Ihrer Armbanduhr stellen und damit automatisch nach Norden ausrichten. Auf der Weltkarte sind alle Zeitzonen der Welt mit der jeweiligen Differenz zur Weltzeit (UTC) eingezeichnet. Für Frankfurt am Main ist die mitteleuropäische Zeit (MEZ) maßgebend, die sich auf 15 östliche Länge bezieht und gegenüber der Weltzeit um +1h vorgeht. Daher drehen Sie den Zeitring, bis der 12 Uhr-Pfeil auf +1h (15 O) steht. Falls gerade die Sommerzeit gültig ist, wird zur Zeitdifferenz der Normalzeit noch eine Stunde addiert. Im Falle der mitteleuropäischen Sommerzeit (MESZ) stellen Sie daher den Pfeil auf +2h (Bild 7). Die Zeitgleichungstafel ist auf einer Seite mit der Zeitgleichungskurve für die aufsteigende Sonne (Winter/ Frühling), auf der anderen Seite für die absteigende Sonne (Sommer/Herbst) ausgestattet. Die aktuelle Jahreszeit muss zum Diopter (Sonne) zeigen. Wenn Sie die Zeitgleichungstafel wenden wollen, ziehen Sie diese heraus und setzen sie gewendet wieder ein. Die Tafel muss dabei deutlich einrasten und gerade sitzen. Jetzt suchen Sie einen Zeitpunkt in der nahen Zukunft, also beispielsweise 16 Uhr MESZ. Der Diopter wird genau über die 16 Uhr Markierung gedreht. Lösen Sie nun die vier Drehknöpfe am Drehteller, bis dieser sich drehen lässt. Sobald der gewählte Zeitpunkt (16 Uhr MESZ) erreicht ist, drehen Sie den Drehteller, bis der Lichtpunkt die Zeitgleichungskurve mittig kreuzt (Bild 7). Nonius Bild 6: Breitengrad (Beispiel: 50,1 N für Frankfurt) einstellen 2. Breitengrad einstellen Der Breitengrad wird durch Kippen des Tischs nach Norden eingestellt. Dazu werden an der Unterseite der Äquatorplatte die drei Drehknöpfe leicht gelöst und der Breitengrad an der Skala eingestellt. Mit dem Nonius können Sie auch 1/10-Grade berücksichtigen. Bild 6 zeigt beispielhaft die Einstellung des Breitengrads 50,1 N für Frankfurt am Main. 3. Nivellieren Suchen Sie für die TEMPUS MUNDI einen sonnigen Ort mit möglichst ebenem Untergrund. Auf dem Drehteller sind die Himmelsrichtungen angegeben. Nach diesen richten Sie die Sonnenuhr zunächst ungefähr aus. Zum Nivellieren der Bodenplatte verwenden Sie die drei dort befindlichen Stellschrauben, bis beide Wasserwaagen auf der Bodenplatte eingespielt sind. Die Rändelmuttern dienen zum Sichern der Nivellierung. Bild 7: Nach Norden ausrichten [5]

6 Ziehen Sie nun die Drehknöpfe am Drehteller wieder an. Wenn Sie die TEMPUS MUNDI dauerhaft an dem gewählten Standort fixieren möchten, können Sie die Bodenplatte mit den mitgelieferten Schrauben und Dübeln im Boden befestigen. Verwenden Sie dazu die drei Bohrungen neben den drei Stellschrauben. Ablesen der Sonnenuhr Nachdem Sie nun die TEMPUS MUNDI eingerichtet haben, lässt sich mit dem als Sonne stilisierten Diopter auf anschauliche Weise die scheinbare Wanderung unseres Bild 8: Zeitmessung: 17 Uhr MESZ Tagesgestirns um die Welt verfolgen. Bei Sonnenschein können Sie ganztägig die Zeit und andere astronomische Informationen ablesen. Zeit, Datum, Deklination und Zeitgleichung Beim Einrichten haben wir die TEMPUS MUNDI in unserem Beispiel bereits für die Anzeige der mitteleuropäischen Sommerzeit MESZ vorbereitet. Zur Zeitbestimmung bewegen Sie nun den Diopter, bis der projizierte Lichtpunkt auf der Zeitgleichungskurve (Analemma) steht. Jetzt können Sie die MESZ direkt ablesen. In Bild 8 ist es beispielweise 17 Uhr MESZ. Die Zeitgleichungskurve (Bild 9) ist mit einer Datumsskala ausgestattet, so dass Sie auch das Tagesdatum bestimmen können, es ist gerade der 15. August. Innerhalb eines Schaltjahrzyklus variiert die Datumsanzeige um ±½ Tage, da das tropische Jahr um fast einen ¼ Tag länger als 365 Tage ist. Dies verursacht die Datumsverschiebung, die alle vier Jahre durch den Schalttag wieder zurückgesetzt wird. Der Lichtpunkt zeigt darüber hinaus die momentane Deklination der Sonne an, das ist der Winkel, den unser Tagesgestirn zur Äquatorebene einnimmt (Bild 4). Die Deklination der Sonne ist eine direkte Folge der Wanderung der Erde um die Sonne. Sie beträgt zur Sommersonnenwende +23,44, zu den Tagundnachtgleichen 0 und zur Wintersonnenwende -23,44. Im Beispiel am 15. August ist die Deklination der Sonne +14. Zu guter Letzt kann auch die Zeitgleichung abgelesen werden, sie beträgt am 15. August -4:30min. Die Auslenkung der Kurve von der Mittagslinie (Mittellinie) sorgt dafür, dass diese Zeitdifferenz zwischen der wahren Sonnenzeit und der mittleren Sonnenzeit bei der Messung berücksichtigt wird, so dass man unmittelbar die Normalzeit oder die Sommerzeit ablesen kann. Bild 9: Zeitgleichungstafel mit Anzeige von Datum, Deklination und Zeitgleichung [6]

7 Weltzeituhr Die TEMPUS MUNDI ist gleichzeitig eine Weltzeituhr. Nicht nur die im eigenen Land gültige, sondern auch jede andere Zonenzeit kann auf einfache Weise bestimmt werden. Die flächentreue Weltkarte enthält alle Zeitzonen der nördlichen Hemisphäre und deren Differenz zur Weltzeit (UTC). Als Beispiel wählen wir die Eastern Standard Time (EST), die an der Ostküste der USA gültige Normalzeit. Bild 10: Zeitmessung: 11 Uhr EDT Aus der Weltkarte entnehmen Sie die Differenz zur Weltzeit, sie beträgt -5h. Während der Sommerzeitperiode addieren Sie +1h und stellen den 12 Uhr-Pfeil auf -4h (Bild 10). Nun können Sie, ohne den Diopter verstellen zu müssen, sofort die Zeit in New York ablesen, es ist gerade 11 Uhr Eastern Daylight Saving Time (EDT). Bild 11: Zeitmessung: 15:34:48 Uhr WOZ Bild 12: Der Lichtpunkt kreuzt die Mittagslinie. Sonnenzeit - Wahre Ortszeit Natürlich können Sie auf der TEMPUS MUNDI auch die Sonnenzeit, also die wahre Ortszeit (WOZ) des Standorts einstellen. Die WOZ wird unmittelbar durch den Sonnenlauf bestimmt. Es ist 12 Uhr wahre Ortszeit, wenn die Sonne mittags ihren täglichen Höchststand (Kulmination) erreicht und den örtlichen Meridian (Mittagslinie) passiert. Also würde dann der Diopter genau auf dem Längengrad, auf dem sich der eingestellte Standort befindet, stehen. Dementsprechend drehen Sie den Zeitring, bis der 12 Uhr-Pfeil an der Südmarke steht (Bild 11). Der Zeitring rastet spürbar ein. Jetzt stellen Sie den Diopter ein, bis der Lichtpunkt auf der Mittagslinie, der Mittellinie der Zeitgleichungskurve (Zeitgleichung=0), steht (Bild 12). Nun können Sie die wahre Ortszeit am Zeitring ablesen. Im Beispiel ist es gerade 15:34:48 Uhr WOZ in Frankfurt am Main (Bild 11). Wanderung der Sonne um die Welt Genauso wie am eigenen Standort ist es an jedem Ort der Welt einmal am Tag wahrer Mittag. Dieses Ereignis findet an dem Längen grad statt, an dem der Diopter gerade seht. An allen Orten, die sich auf diesem Längengrad befinden, erreicht die Sonne ihren täglichen Höchststand. Auf der Nordhalbkugel steht sie dann genau im Süden, auf der Südhalbkugel im Norden. In der tropischen Zone zwischen den Wendekreisen nimmt sie für einen dortigen Standort je nach Jahreszeit eine der beiden Richtungen ein und steht an zwei Tagen im Jahr mittags im Zenit. Im Beispiel (Bild 11) kulminiert die Sonne in diesem Moment genau am Längengrad 45 westlich von Greenwich. An der Südspitze Grönlands erreicht sie zum wahren Mittag gerade ihren Tageshöchststand im Süden. Der Diopter nimmt in diesem Beispiel die gleiche Stellung wie in Bild 8 zur Anzeige der MESZ ein. Die Sonne ist jedoch um den Betrag der Zeitgleichung weitergewandert. Daher ist also bereits 17:04:30 MESZ. Das bedeutet, dass die Mittagsposition der Sonne nur in Stellung wahre Ortszeit, also wenn der Lichtpunkt die Mittagslinie schneidet, korrekt angezeigt wird. Dann zeigt der Diopter auch genau zur Sonne. [7]

8 Support Falls Sie Fragen haben, erreichen Sie uns wie folgt: HELIOS (EK) Begasweg Wiesbaden Fon: (0) Fax: (0) info@helios-sonnenuhren.de Internet: Wir wünschen Ihnen viel Spaß mit Ihrer Sonnenuhr TEMPUS MUNDI an vielen sonnigen Tagen.