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Die Sonne: Im Süden ist ihr Mittagslauf

Seit über 4,6 Milliarden Jahren gehen Wärme, Licht und andere Strahlungsarten von der Sonne aus.  Shutterstock (2)

Seit über 4,6 Milliarden Jahren gehen Wärme, Licht und andere Strahlungsarten von der Sonne aus.  Shutterstock (2)

Gerade ist der längste Tag im Jahr vorbei. Wo steht die Sonne im Jahreslauf genau, und warum ist diese zu Mittag fast nirgends genau im Süden? Auf den Spuren einfacher astronomischer Zusammenhänge und praktischer Vereinbarungen wie etwa der Zonenzeit.

Von Robert Seeberger

Die Sonne ist der Energielieferant der Menschen. Seit über 4,6 Milliarden Jahren gehen Wärme, Licht und andere Strahlungsarten von ihr aus. Im Inneren herrschen Drücke und Temperaturen, die zu einer spontanen Kernverschmelzung führen. In jeder Sekunde werden 564 Millionen Tonnen Wasserstoff in 560 Millionen Tonnen Helium umgewandelt. Der Differenzbetrag von vier Millionen Tonnen steht als Energie zur Verfügung.

Seit ihrer Entstehung hat die Sonne nur 0,03 Prozent ihrer Masse verbraucht, um Licht und Wärme abzugeben. In Erd­entfernung beträgt die Strahlungsleistung noch immer 1,37 Kilowatt pro Quadratmeter. Obwohl diese Zahl Solarkonstante genannt wird, ändert sich deren Wert ständig, denn der Abstand zwischen Sonne und Erde schwankt zwischen 147,1 Millionen Kilometer im Winter und 152,1 Millionen Kilometer im Hochsommer. Daher ist die Strahlungsleistung derzeit auf 1,33 Kilowatt pro Quadratmeter verringert.

Jahreszeiten. Die sommerliche Hitze auf der Nordhalbkugel hat ihre Ursache im günstigen Einfallswinkel der Strahlung – die Sonne steht hoch am Himmel. Die Neigung der Bahnebene der Erde gegenüber ihrer Drehachse um 23,5 Grad bewirkt die wechselnden Einfallswinkel der Sonnenstrahlen, und dadurch entstehen die Jahreszeiten.

Merksprüche. „Die Sonne geht im Osten auf, im Süden ist ihr Mittagslauf, im Westen muss sie untergehen, im Norden wird sie niemals stehen“. So wurde das in der Schule gelernt, und ungefähr stimmt das auch für die hiesigen Breiten.

Genauer hingeschaut, wird erkennbar: Nur an zwei Tagen im Jahr, zu Frühlings- und Herbstbeginn, geht die Sonne im Westen unter und im Osten auf. Derzeit erstreckt sich der Tagbogen von Nordost bis Nordwest; im Winter von Südost bis Südwest. Im Sommer beträgt der Tagbogen über 253 Grad, zu Frühlings- und Herbstbeginn 180 Grad und Ende Dezember nur 109 Grad. Mittags wechselt die Sonnenhöhe im Jahreslauf zwischen 19 und 65 Grad über dem Horizont. Wenn wir unseren Standort in Vorarlberg verlassen und zum Äquator oder den Polen reisen, verliert der Merkspruch seine Gültigkeit komplett: Denn im Sommer steht dort die Sonne im Norden. Am Nord- und Südpol führt die Sonne parallele Bahnen zum Horizont durch. Jeweils ein halbes Jahr bleibt die Sonne unter dem Horizont, man spricht dann von einer Polarnacht.

Zeitgleichung. Steht die Sonne wirklich um 12 Uhr mittags genau im Süden? Die Erde bewegt sich auf einer Ellipsenbahn um die Sonne. Johannes Kepler hat im Jahre 1609 hausgefunden, dass sich die Erde unterschiedlich schnell um die Sonne dreht. Im nächsten Punkt steigt die Geschwindigkeit an. Von der Erde aus betrachtet ist die Zeitdauer zwischen zwei Süddurchgängen (Meridiandurchgang genannt) der Sonne von der Jahreszeit abhängig. Um das zu berücksichtigen, müssten die Uhren im Jahreslauf unterschiedlich schnell laufen. Um das zu umgehen, wurde ein Sonnenumlauf mit konstanter Geschwindigkeit definiert. Es wird so getan, als wäre die Erdumlaufbahn kreisförmig. Nach dieser „mittleren Sonne“ richten sich die Uhren. Das hat aber zur Folge, dass die Sonne nicht genau um 12 Uhr am höchs­ten Punkt im Süden steht. Die maximalen Abweichungen von 16 Minuten werden im Februar und Oktober beobachtet. Die Differenz zwischen wahrer und mittlerer Sonne wird Zeitgleichung genannt. Trägt man täglich die größte Sonnenhöhe und die Uhrzeit in ein Diagramm ein, so ergibt sich eine langgestreckte Acht.

Jeder Ort auf der Erde hat seine eigene Mittagszeit. Pro Längengrad ändert sich diese Ortszeit um vier Minuten. Da sich Österreich über fast sieben Längengrade erstreckt, unterscheiden sich die Ortszeiten von Bregenz und Eisenstadt um 28 Minuten. So hat jeder Ort auf der Welt seine eigene Ortszeit – es ist 12 Uhr, wenn die Sonne den höchsten Stand erreicht hat. Das konnte nur solange gutgehen, bis die Menschen häufiger weitere Reisen unternahmen. Mit dem Bau der Eisenbahnen wurden einheitliche Zeiten entlang der Fahrstrecke nötig. Standardzeiten für größere Städte wie Berlin, München und Genf wurden per Telegrafie an die Bahnhofsuhren übermittelt.

Zeitzonen. Heute ist die Welt in 24 Zeitzonen unterteilt. Als Nullmeridian wurde die Linie durch die Sternwarte von Greenwich bei London gewählt. Diese Zeitzone wird auch UT für „Universal Time“ bezeichnet. Über 15 Grad erstreckt sich diese westeuropäische Zeit – von 7,5 Grad westlicher bis 7,5 Grad östlicher Länge. Um eine Stunde kann die mittlere Sonnenzeit maximal von der Zonenzeit abweichen. Das wäre dann der Fall, wenn unabhängig von den Landesgrenzen exakt 15 Grad breite Bereiche für die Zeitzonen definiert würden.

Tatsächlich gibt es starke Abweichungen von dieser Regel: Frankreich und Spanien haben die mitteleuropäische Zeit eingeführt, obwohl diese geografisch zur westeuropäischen Zeitzone zählen würden. Portugal und der Nordwesten Spaniens liegen auf derselben geografischen Länge, haben aber eine Stunde Zeitdifferenz. In Galizien ist die Abweichung von der mittleren Sonnenzeit mit über eineinhalb Stunden am größten.

In Österreich ist die mittel­europäische Zeitzone eingeführt. In Ostösterreich wird es abends fast eine halbe Stunde früher dunkel, dafür um denselben Zeitraum früher hell.

Die Volksrepublik China überstreicht fünf Zeitzonen (Greenwich Zeit plus fünf bis plus neun Stunden). Es wurde nur eine Zeitzone für ganz China festgelegt, die gut für die Metropolen Peking und Shanghai passt. Ganz im Westen Chinas ist um 15 Uhr Mittag, ganz im Osten schon um 11 Uhr.

Einige Staaten wie Indien (UT+5,5) und Venezuela (UT-4,5) habe ihre Zeit nicht einmal um ganze Stunden Differenz von der Greenwich-Zeit festgelegt.

Die Einführung der Sommerzeit in Österreich und anderen Ländern führt dazu, dass hierzulande jeweils ein halbes Jahr mit der osteuropäischen Zeit gelebt wird. Es scheint schwierig zu sein, sich weltweit auf Regeln zu einigen, die dazu führen, dass jeweils etwa um 12 Uhr die Sonne kulminiert, also am höchsten Punkt steht. Als grobe Orientierung würde ich den Merkspruch zu den Sonnenständen gelten lassen – jedenfalls für Österreich.

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