Sonnenuhr

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Die Sonnenuhr ist eine Variante, wie man sich mit der Sonne zeitlich orientieren kann.

Bauplan

Sicht von oben auf die Sonnenuhr

Material:

  • gerade Stöcke
  • freies Rasenstück

Als Erstes steckt ihr einen langen, geraden Stock senkrecht in den Boden. Dann ermittelt ihr von diesem Stock aus Norden und legt dort, wie in der Abbildung einen Stock auf den Boden. Jetzt macht ihr dasselbe mit Osten und Westen. Habt ihr alles genau so gemacht wie abgebildet, könnt ihr nun die wahre Ortszeit ablesen.

Erklärung

Die Sonnenuhr funktioniert nach dem Schattenprinzip. Für die Erklärung genügt eigentlich der Sonnenlauf völlig: „Im Osten geht die Sonne auf, nach Süden nimmt sie ihren Lauf, im Westen will sie untergehn, im Norden ist sie nie zu sehn.“ Grob vereinfacht kann man sagen, dass die Sonne um 6 Uhr morgens im Osten steht, um 12 Uhr im Süden und um 18 Uhr im Westen. Steht die Sonne im Süden, so wirft sie die Schatten nach Norden, usw. Das bedeutet: Der Schatten des senkrechten Stockes fällt um 12 Uhr mittags auf den nach Norden ausgerichteten 12-Uhr-Stock. Genauso funktioniert es bei den restlichen Stöcken.

Einschränkungen

Zum Ablesen der „genauen“ Uhrzeit – so nennen wir mal die Zeit, die eine gewöhnliche Armbanduhr anzeigt – gibt es allerdings mehrere Einschränkungen. Die eine wird dadurch verursacht, dass die Menschen aus praktischen Gründen große Gebiete der Erde in Zeitzonen zusammenfassen. Eine andere Einschränkung ergibt sich aus der Himmelsmechanik: Die Sonnenbahn ist nicht jeden Tag gleich, sondern variiert im Lauf des Jahres.

Zeitzonen

Die größte Einschränkung liegt darin begründet, dass die Erde in Zeitzonen eingeteilt ist, die sich über mehrere Längengrade erstrecken, also eine große Ost-West-Ausdehnung haben. Innerhalb dieser Zonen werden die mechanischen und elektronischen Uhren auf die entsprechende Zonenzeit eingestellt. Unsere Mitteleuropäische Zeit (MEZ) gilt zum Beispiel in Polen ebenso wie in Spanien, wobei es einleuchtet, dass die Sonne nicht in beiden Ländern gleichzeitig aufgeht. Nur auf einem Längengrad jeder Zeitzone stimmt die dortige mittlere Ortszeit mit der Zonenzeit überein, dort geht unsere Sonnenuhr am genauesten. (Allerdings nicht ganz genau, denn sie zeigt immer die wahre Ortszeit; siehe Abschnitt Himmelsmechanik)

Für die Mitteleuropäische Zeitzone und damit auch für Deutschland ist dies der 15. Längengrad östlich von Greenwich, der an der Grenze zu Polen unter anderem durch Görlitz verläuft. Köln z.B. liegt 8° weiter westlich, hier hinkt die tatsächliche (von der Sonnenuhr angezeigte) Ortszeit um 32 Minuten der offiziellen Zonenzeit MEZ hinterher. An der Atlantikküste Spaniens bei La Coruña beträgt der Unterschied zwischen Ortszeit und MEZ ganze 94 Minuten.

Wenn ihr zum Bau der Sonnenuhr einen Kompass zur Verfügung habt, könnt ihr diese Differenz an der Sonnenuhr leicht korrigieren. Dazu müsst ihr wissen, auf welcher geografischen Länge ihr euch befindet. Berechnet die Differenz zwischen dieser Länge und dem Längengrad, der die Zonenzeit bestimmt – für Köln wäre das eben 15°–7° = 8°. Euer Ziffernblatt sollte in der Gegend von Köln also nicht direkt mit der 12-Uhr-Marke nach Norden ausgerichtet werden, sondern in einem Winkel von 8° gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Dann zeigt die Uhr annähernd MEZ an.

Soll die Uhr ungefähr Mitteleuropäische Sommerzeit (MESZ) anzeigen, kann sie durch eine weitere Drehung des Ziffernblatts um 15° gegen den Uhrzeigersinn um eine Stunde vorgestellt werden.

Himmelsmechanik

Auch wenn die Differenz zur Zonenzeit ausgeglichen wurde: Mit höchster Wahrscheinlichkeit geht die Sonnenuhr immer ein bisschen vor oder nach, wenn wir sie mit einer mechanisch laufenden Uhr vergleichen. Die Sonne „läuft“ nämlich nicht immer gleich schnell. Die Dauer von 24 Stunden für einen Tag ist ein Mittelwert, tatsächlich kann ein Sonnentag im Jahresverlauf bis zu 20 Sekunden kürzer oder 30 Sekunden länger sein. Da das „Schleppen“ bzw. „Rennen“ der Sonne jeweils zwischen ungefähr 10 bis 14 Wochen anhält, addieren sich diese Sekunden. Die Sonnenuhr kann deshalb bis zu etwa einer Viertelstunde vor oder nachgehen.

Diese Schwankungen werden durch zwei Phänomene verursacht. Erstens variiert die Geschwindigkeit der Erde um die Sonne: Sie ist höher, wenn die Sonne nah ist (im Januar) und niedriger bei größerer Entfernung (im Juli). Der Effekt auf die scheinbare Sonnengeschwindigkeit ist genau umgekehrt: Diese ist langsamer im Winter und schneller im Sommer. Zweitens ist die Äquatorebene der Erde zu ihrer Bahnebene geneigt: Die Sonne „läuft“ schneller, wenn sie über dem Äquator steht (im März und September) und langsamer über den Wendekreisen (im Juni und Dezember). Die beiden Effekte überlagern sich und verursachen zusammen die Abweichung der wahren von der mittleren Ortszeit.

Weblinks