Einführung in die Astronomie: Die scheinbare tägliche Bewegung der Gestirne

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Strichspuraufnahme. Die Blickrichtung ist Norden.

Ein Fixstern bewegt sich pro Stunde um 15° von Ost nach West über den Himmel. Er geht also genau wie die Sonne im Osten auf und im Westen unter.

Sterne, die so hoch stehen, dass sie nicht untergehen, werden Zirkumpolarsterne genannt. Also gibt es eine Zone von Zirkumpolarsternen auf der Nordhalbkugel und eine Zone Zirkumpolarsterne auf der Südhalbkugel. Das hat mit den Sternen eigentlich nichts zu tun, weil es nur darum geht, ob diese Sterne trotz Drehung der Erde noch sichtbar bleiben. Wenn sich der Beobachter am Äquator befindet, dann gibt es für ihn keine Zirkumpolarsterne, weil sich der gesamte Himmel über ihm bewegt. Das ist natürlich nur subjektiv, denn in Wirklichkeit stehen die Sterne still, und die Erde dreht sich unter ihnen.

Projektor im Planetarium

Das können Sie sich gerne mal in einem Planetarium zeigen lassen. Eine Reise vom Nordpol über den Äquator zum Südpol, wo sie mal die Sterne des Südhimmels betrachten können, dauert dort nur wenige Minuten.

[Bearbeiten] Fachbegriffe

Himmelskoordinatensystem

[Bearbeiten] Ekliptik

Als Ekliptik wird die gedachte Ebene bezeichnet, in der die Erde um die Sonne kreist. In der nebenstehenden Zeichnung ist das die graue Ebene. Die Bahnebenen der anderen Planeten verlaufen fast parallel zur Ekliptik, mit Abweichungen von nur 1 Grad (Jupiter, Uranus) bis 7 Grad (Merkur). Die Mondbahn ist um 5,145 Grad gegenüber der Erdbahn geneigt.

[Bearbeiten] Neigung der Erdachse

Die Erdachse steht nicht senkrecht zur Ekliptik, sondern ist gegenwärtig um etwa 23 Grad gegen die Senkrechte geneigt. Die Erde dreht im Laufe des Jahres abwechselnd die Nord- und Südhalbkugel etwas mehr zur Sonne. Dadurch entstehen die Jahreszeiten. An den zwei Zeitpunkten im Jahr, an denen die Sonne den Himmelsäquator überquert, tritt die Tag-und-Nacht-Gleiche (Äquinoktium) ein. Wenn die Sonne im März von der südlichen zur nördlichen Erdhalbkugel wechselt, durchläuft sie den sogenannten Frühlingspunkt und markiert damit den astronomischen Frühlingsanfang.

[Bearbeiten] Präzession

Genau wie ein schnell rotierender Spielzeugkreisel fällt die Erde nicht um. Dass die Anziehungskräfte von Mond und Sonne die Gezeiten verursachen, ist allgemein bekannt. Das Aufeinanderprallen dieser Kräfte führt zu einer langsamen taumelnden Bewegung der Erdachse, der sogenannten Präzession: Die Erdachse beschreibt einen Bogen am Himmel und sie braucht etwa 26.000 Jahre dafür.

[Bearbeiten] Koordinatensysteme

[Bearbeiten] Deklination

Auf gedruckten Sternkarten und in Tabellen werden für jeden Stern zwei Koordinaten angegeben: Die Deklination und die Rektaszension. Diese Werte werden auf der ganzen Welt einheitlich benutzt.

Eine gedachte Ebene durch den Äquator der Erde nennt man den „Himmelsäquator“. Alle Sterne, die genau in dieser Äquatorialebene liegen, haben eine Deklination von 0 Grad. Sterne nördlich des Himmelsäquators haben eine positive Deklination, die darunter liegen eine negative Deklination und die Erdachse hat eine Deklination von 90 Grad. Ein Stern, der in Deutschland im Zenit steht, hat eine Deklination zwischen 49 Grad (im Süden) bis 52 Grad (in Norddeutschland). Die Deklination eines Sterns kann man leicht mit einem Winkelmesser bestimmen, denn dieser Wert beschreibt nur den Abstand eines Sternes am Himmel zum Himmelsäquator in Grad und ändert sich nicht, wenn bei dieser Betrachtung die minimale Änderung durch die Präzession vernachlässigt wird.

Eigentlich ist die Deklination der Astronomen identisch mit dem geografischen Breitengrad, nur die Namen sind verschieden.

Der Nordpolarstern „Polaris“ oder auch „Alpha UMi“ im Sternbild „Kleiner Bär“ hat nur zufällig die Funktion eines Polarsternes, weil er ein hellerer Stern in der Nähe der Polachse der Erde ist. Auf der Südhalbkugel gibt es keinen äquivalenten „Südpolarstern“. Der Nordpolarstern befindet sich nicht genau auf der Polachse der Erde, sondern er liegt mit einer Deklination von 89 Grad 17 Bogenminuten und 13 Bogensekunden fast ein Grad daneben. Das ist nicht weiter schlimm, denn in den nächsten 100 Jahren wird er sich weiter in Richtung Polachse bewegen und ab dann wieder weiter vom Pol entfernen. In etwa 2200 Jahren wird der Stern Er Rai unser Polarstern sein. Um das Jahr 7000 nach Christus wird der Stern Alderamin zum Polarstern. Zu diesem Zeitpunkt wird Polaris bereits einen Abstand von 36 Grad zur Polachse besitzen. Nach 26.000 Jahren wenn der Zyklus der Präzession beendet ist, dann steht Polaris wieder auf der gleichen Deklination, auf der er heute steht.

[Bearbeiten] Rektaszension

Um die Position jedes Sterns anzugeben, wird neben der Deklination noch eine zweite Winkelangabe benötigt. Für Punkte auf der Erdoberfläche gibt man die „geografische Länge“ an: Das ist der Winkelabstand zu einem willkürlich gewählten „Nullmeridian“ (der aus historischen Gründen durch die Sternwarte Greenwich bei London geht). Das Analogon zur „geografischen Länge“ nennt man Rektaszension.

Für Himmelskoordinaten kann man den Greenwich-Meridian aber nicht als Bezug nehmen. Man brauchte einen Punkt am Himmel, der sich nicht bewegt und der leicht zu bestimmen ist. Als Bezugspunkt wurde deshalb der Frühlingspunkt gewählt. Er ist der Schnittpunkt der Ekliptik mit dem Himmelsäquator.

Den Winkel, den ein Objekt mit dem himmlischen Längengrad des Frühlingspunktes bildet, wird als Rektaszension bezeichnet. Der Rektaszensionswert wird von diesem in östlicher Richtung vorangezählt. Die Rektaszension wird in der Form Stunden, Minuten und Sekunden (gelegentlich auch Stunden und Minuten mit Dezimalunterteilung der Minuten) angegeben. Hierbei entspricht 1 Stunde 15 Grad, eine Rektaszensionsminute 15' (Bogenminuten) und eine Rektaszensionssekunde 15'' (Bogensekunden).

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Die Rektaszensionszeit hat nichts mit der Uhrzeit zu tun! Es handelt sich um eine Koordinatenangabe. Davon sollte man sich nicht verwirren lassen.


[Bearbeiten] Epoche

Der Frühlingspunkt ist aber leider kein fester Wert. Er ändert seine Position langsam, aber beständig. Mehr noch: Nichts am Himmel bleibt so, wie es ist. Die angeblich unbeweglichen Sterne, die „Fixsterne“ bewegen sich. Dadurch verändern sich auch die Sternbilder. Als die Menschen den Sternbildern Namen gaben, sahen die Sternbilder anders aus. Fast alles verändert sich im Universum: Die Erddrehung wird durch die Gezeiten gebremst und verlangsamt sich. Der Mond entfernt sich von der Erde, die Sonne verliert durch die Strahlung mehr Masse als sie durch hineinstürzende Meteoriten gewinnt. Wegen der abnehmenden Sonnenmasse entfernt sich die Erde von der Sonne. Die Sonne umkreist das Zentrum der Milchstraßen-Galaxis, unsere Galaxis bewegt sich mit den anderen Galaxien um irgend ein entferntes Zentrum, die Sterne entfernen sich voneinander.

Manche Veränderungen brauchen viele Jahrhunderte, um mit dem bloßen Auge sichtbar zu werden, andere brauchen Millionen oder Milliarden Jahre. Wenn die Zeiträume ganz und gar unüberschaubar werden, wird von „astronomischen Zeiträumen“ gesprochen. Wann immer Sie in der Astronomie das Wort „unveränderlich“ lesen, ist es nur eine Vereinfachung.

Weil sich der Frühlingspunkt in Folge der Präzession langsam rückläufig bewegt, muss stets eine Jahreszahl, die sogenannte Epoche angegeben werden, für die der Wert des Frühlingspunktes als zeitweilig unveränderlich angenommen wird. Derzeit gilt die Epoche 2000 für aktuelle, gedruckte Sternkarten. Alle 50 Jahre beginnt eine neue Epoche, und es werden neue Tabellen der Sternpositionen erstellt. Für Hobbyastronomen ist das genau genug, weil die Abweichung selbst in 10 Jahren nur ein paar Bogensekunden beträgt. Sternpositionen mit der Epoche 2000 werden auch 2045 noch ausreichend genau sein, so dass der Stern im Fernrohr zu finden ist. Mit Astronomiesoftware ist es möglich, noch genauere Positionen der Sterne berechnen zu lassen. Dafür muss dann allerdings statt der 2000 die aktuelle Jahreszahl als Epoche angegeben werden. Zum Beispiel J2008 für das julianische Äquinoktikum, welches sich nach dem Julianischen Kalender richtet, damit alle ihre Berechnungen nach dem gleichen Zeitsystem erstellen können.

[Bearbeiten] Ephemeriden

„plánetes“ ist das altgriechische Wort für „Wanderer“. Planeten, aber auch Sonne und Mond bewegen sich so schnell, dass sie im Verlaufe des Jahres vor immer neuen Sternbild-Hintergründen zu sehen sind. Deshalb werden sie nicht in die Sternkarten eingezeichnet. Statt dessen werden ihre Positionsangaben in Tabellen erfasst. Eine solche Tabelle der Positionen wird von den Astronomen als Ephemeride bezeichnet. Sie enthalten stets die Koordinaten (meist in Form von Rektaszension und Deklination unter Angabe des Zeitpunktes für den der Frühlingspunkt gewählt wird) der jeweiligen Gestirne. Als Beispiel hier die Ephemeride des Mars für die ersten drei Tage des Jahres 2007:

Datum Rektaszension Deklination Elongation Phase Helligkeit Winkel-
durchmesser
01.01.2007 17h09m34,0s -23°14'16“ 21,8° West 0,99 1,5 mag 3,93“
02.01.2007 17h12m42,2s -23°18'34“ 22,0° West 0,99 1,5 mag 3,93“
03.01.2007 17h15m50,8s -23°22'38“ 22,3° West 0,99 1,5 mag 3,94“


Daneben können Ephemeriden noch andere interessante Parameter enthalten. Diese sind zum Beispiel:

  • der Winkelabstand zur Sonne, die sogenannte Elongation. Ein Objekt mit kleiner Elongation steht nahe bei der alles überstrahlenden Sonne am Himmel und kann in der Regel nicht beobachtet werden.
  • die Helligkeit in Magnitudo wird abgekürzt mit mag. Je positiver dieser Wert ist, desto dunkler ist das Objekt. Objekte mit einer Helligkeit von 6 mag. sind bei dunklem Himmel ohne Lichtverschmutzung vom Menschen gerade noch zu erkennen. Für Helligkeiten über 6 mag. wird deshalb ein Fernglas oder ein Teleskop benötigt. Der Stern Wega hat eine Helligkeit von 0 mag. und Sirius als hellster Stern am Himmel eine Helligkeit von -1,5 mag.
  • der scheinbare Winkeldurchmesser gibt die Größe des Objektes am Himmel an. Ein Bogengrad kann in 60 Bogenminuten (60') und eine Bogenminute kann in 60 Bogensekunden (60“) aufgeteilt werden. Der Mond und die Sonne haben etwa einen Winkeldurchmesser von 0,5° (Bogengrad) bzw. 1800“ (Bogensekunden).
  • Auf- und Untergangszeiten können in Ephemeriden enthalten sein. Allerdings sind diese stark ortsabhängig!
  • Für manche Gestirne werden auch besondere Parameter in den Ephemeriden angegeben.
    • Mondephemeriden enthalten häufig das sogenannte Mondalter, das ist die seit dem letzten Neumond verflossene Zahl der Tage.
    • Bei Mond, Merkur, Venus und Mars sind Angaben zum Phasenwinkel üblich.
    • Ephemeriden des Saturn enthalten häufig die Angabe der Ringneigung, da diese für Fernrohrbeobachter von großem Interesse ist.


Ephemeriden findet man unter Planeten.


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