Prinzipien der Sonnenuhr

Teil 4 der Facharbeit über die Sonnenuhr

( Teil 3 Geschichte der Sonnenuhr )

4.1 Grundprinzipien der Sonnenuhren

Alles Sonnenuhren geben die sogenannte WOZ, die wahre Ortszeit an. Sie zeigen damit eigentlich die exaktere Uhrzeit für den jeweiligen Standpunkt, ihre persönliche Zeit, an. So haben zwar alle Orte , die auf dem gleichen Längengrad liegen, die gleiche

Ortszeit, bei jedem anderen Standort gilt jedoch eine unterschiedliche Uhrzeit. Selbst in der gleichen Stadt können die Zeiten variieren, so liegt zwischen dem Sonnenaufgang am östlichen Rand von Berlin und dem westlichen Rand eine Differenz von 2 Minuten und 44 Sekunden

Wahrer Mittag ist deshalb nicht, wenn es auf unserer Uhr 12h anzeigt, sondern dann, wenn die Sonnen den Längengrad des jeweiligen Standortes der Uhr passiert (die Sonne bewegt sich kontinuierlich nach Westen mit einer Geschwindigkeit von 15 Grad pro Stunde).
Die Sonnenuhr geht also zu unserer Uhrzeit „nach“ oder „vor“. Man kann jedoch die Sonnenuhrzeit immer, mit mehr oder weniger Aufwand, in die Normalzeit umrechnen.
Dabei sollte man nicht vergessen, dass gerade die andere Zeitrechnung einer Sonnenuhr das Besondere an ihr ist.
Um zu vermeiden, dass es für jeden Ort die genauen Grade und Minuten errechnet werden müssen, teilt man die gesamte Welt in Zeitzonen und die dazugehörenden Standardmeridiane ein. Einer davon ist der berühmte Nullmeridian von Greenwich.
Für die richtige Zeitumrechnung bei der Sonnenuhr muss also der Standardlängengrad für den jeweiligen Ort bekannt sein, dazu addiert oder subtrahiert man pro Grad 4minuten, je nachdem, ob man westlich oder östlich des Standardmeridians ist.

Da die Erde kein vollkommen exakter Kreis ist und die Erdachse geneigt ist, sie bei ihren Umdrehungen sozusagen „eiert“,2  ergibt sich über einen längeren Zeitraum, von Mittag zu Mittag ein kleiner Zeitunterschied. Es ist zu umständlich, die Uhr jedes Mal zu verrücken. Deshalb entstand die sogenannten Mittlere Zeit. Differenz zwischen der „wahren Zeit und der mittleren Zeit“ nennt man Zeitangleichung.
Und zuletzt muss noch an die Uhrenänderung bei der Sommerzeit gedacht werden.

Diese drei Punkte, also
- Berücksichtigung der Sommerzeit
- Zeitangleichung
- Anpassung des Längenmeridians
braucht man, wenn man die Sonnenuhrzeit, also Ortszeit, in die normale Uhrzeit umrechnen möchte.

Beispiel hierfür ( Beispiel stammt aus „Sonnenuhren“ von Gerald Jenkins und Magdalen Bear )

1) München, Deutschland, am 15. November
Standardmeridian ist 15 Grad, der exakte Längengrad ( ersichtlich aus dem normalen Atlas) beträgt 11 Grad 4 Minuten. Er liegt also 3 Grad 6 Min. westlich des Standardmeridians (also jeweils +4 Minuten pro Grad).
Daraus ergibt sich folgende Rechnung:

Sommerzeit ( angenommen)
Längengrad 15 – 11,4 = 3,6
also 3,6 Grad x  4min = 14,4
Zeitangleichung am 15.11 ( Abb.5)

4.2 Sonnenuhrtypen
Äquatorialsonnenuhren2:

Dies ist die „einfachste“ Sonnenuhr. Das ebene Zifferblatt dieser Sonnenuhr ist gleichzusetzen mit der Äquatorialebene (Abb. 1a) der Erde. Die Erdachse steht zum Äquator im rechten Winkel (Abb. 1a), die Ekliptikebene der Erde steht jedoch nicht im rechten Winkel zur Erdachse, zwischen beiden Ebenen entsteht ein Neigungswinkel von 23 Grad 26 Minuten (Abb. 1b). Dann braucht man eigentlich nur noch den örtlichen Breitengrad. Die ist zugleich der Aufstellungswinkel für die Äquatorialsonnenuhr. In Deutschland wird meist gemittelt, also 48 Grad für den Süden , ca. 50 Grad in der Mitte und 51-52 Grad für den Norden Deutschlands                                                       ( http://www.astrologon.com/positionen.htm ).

Der Teil der Sonnenuhr, der den Schatten wirft, heißt Gnomon. Dieser zeigt auf den Polarstern, also nach Norden und steht somit parallel zur Erdachse. Um die genaue Nord-Süd-Richtung zu erhalten, gibt es einmal die Möglichkeit zur Bestimmung mit

Der Teil der Sonnenuhr, der den Schatten wirft, heißt Gnomon. Dieser zeigt auf den Polarstern, also nach Norden und steht somit parallel zur Erdachse. Um die genaue Nord-Süd-Richtung zu erhalten, gibt es einmal die Möglichkeit zur Bestimmung mit
dem Magnetkompass, der allerdings nur den magnetischen Nordpol, nicht den geographischen angibt, es entsteht also eine leichte Veränderung pro Jahr etwa 1/5 Grad.
Die sicherste Methode ist ein sogenannter Sonnenwegweiser, der immer um 12.00 Mittags gilt (Ortszeit).( „Sonnenuhren“ von Gerald Jenkins und Magdalen Baer / Seite 13 )

Der Schatten der Erdachse beziehungsweise des Gnomones, der auf die Äquatorialebene der Erde bzw. die Äquatorialsonnenuhr fällt, muss in 24 Stunden genau 360 Grad durchwandern oder 15 Grad pro Stunde, liegt die Ebene der Sonnenuhr nicht parallel zur Äquatorialebene der Erde, wären komplizierte geometrische Berechnungen nötig um den Schatten zu einer bestimmten Stunde zu berechnen.

Wenn die Sonne im Frühling und Sommer nördlich des Äquators steht, scheint sie nur auf das obere, im Herbst und und Winter nur auf das untere Zifferblatt, da die Sonne dann südlich des Äquators steht.  Ebenso ändert sich in dieser Zeit die Laufrichtung des Schattens. Im Winter wandert er dann entgegen den Uhrzeigersinn. Um den 21. März (Frühlingsanfang) und 21. September wird bei richtiger Aufstellung der Sonnenuhr kein Zifferblatt beschienen. An diesen Tagen überquert die Sonnenuhr die Äquatorialebene und scheint den ganzen Tag nur auf die Kante der Uhr.

Horizontalsonnenuhren

Diese Uhren liegen eben (horizontal) auf und werden auf den jeweiligen örtlichen Breitengrad eingestellt. In Deutschland liegt der mittlere Wert für die Uhren bei einem Gnomonwinkel von 50,5 Grad. Üblicherweise gibt es die drei Werte 48 Grad, 50 Grad und 52 Grad, um das gesamte Gebiet Deutschlands abzudecken. Gewöhnlich werden Uhren in mit diesen Graden gebaut. Bei Einzelstücken können die Uhren auch genau auf den Breitengrad ausgerichtet werden.^{( Sonnenuhren“ von Gerald Jenkins und Magdalen Baer / Seite 7 )}

Die jeweiligen Stundenpunkte werden durch eine mathematische Gleichung erstellt und angebracht. Zeitumrechnungen funktionieren nach den gleichen Gesichtspunkten wie bei allen Sonnenuhren. Die Ausrichtung am Aufstellungsort ist ebenfalls ähnlich.

Der Fußpunkt des Gnomonwinkels ist im Süden und zeigt in die Nordpolrichtung.