Sternzeit

1. Der „Stern-Stundenzeiger“ dreht sich auf einem am Horizont fixen Zifferblatt:
Nach einer 15°-Drehung (Skala 0°, 15°, 30°, ...) ist eine Sternzeitstunde (Skala 23, 0, 1, ...) vergangen.
2. Der „Stern-Stundenzeiger“ dreht sich auf einem von der Sonne mitgeschleppten, um den Polarstern drehbaren Zifferblatt:
Nach etwa einem Monat (Skala 06, 07, 08, ...) ist er der Sonne um 30° (Skala 0°, 15°, 30°, ...) vorausgeeilt.

Die Sternzeit ist eine in der Astronomie gebrauchte Methode der Zeitmessung und beruht auf der scheinbaren Bewegung der Sterne als Folge der Eigendrehung der Erde. Ein Sterntag ist die Dauer, die ein Bezugsstern (nach Definition der fiktive Stern Frühlingspunkt) für eine ganze scheinbare Umrundung der Erde benötigt.

Drehung des Sternhimmels

Tägliche Drehung

Man kann sich den Sternhimmel als große Uhrscheibe vorstellen, die sich an einem Sterntag dem Uhrzeigersinn entgegen (auf der Nordhalbkugel) einmal um sich selbst dreht. Im Bild ist diese Scheibe mit einem Zeiger zwischen Polarstern und Großem Bären markiert. Das 24-Stunden-Zifferblatt (Skala 23, 0, 1, ...) ist am Horizont fixiert. Hat sich der Zeiger um 15° weiter gedreht (Skala 0°, 15°, 30°, ...), ist eine Sternzeitstunde vergangen. Für eine Sonnenzeitstunde muss er sich geringfügig weiter drehen.

Jährliche Drehung

Auf einem von der Sonne mitgeschleppten, sich um den Polarstern drehenden Zifferblatt stellt man ein sehr langsames Vorrücken des Zeigers fest. Der Zeiger umrundet es einmal im Jahr: 30° (Skala 0°, 15°, 30°, ...) in etwa einem Monat (Skala 06, 07, 08, ...).

Das Bild wurde Anfang Juli (Ziffer 07) gegen 2:00 Uhr aufgenommen. Zwei Stunden später (etwa 4:00 Uhr) ist der Große Wagen zur Ziffer 4 weiter gewandert. Einen Monat später im August (Ziffer 08) befindet er sich um 2:00 Uhr schon bei der Ziffer 4.

Sterntag und Sonnentag

Sterntag (1 nach 2) und Sonnentag (1 nach 3).

Der Sonnentag als Basis der allgemein gebräuchlichen Sonnenzeit dauert geringfügig länger als der Sterntag, weil sich die Sonne geringfügig langsamer als die Sterne - auch scheinbar - um die Erde bewegt. Der Grund dafür ist erneut die eigene Bewegung der Erde, nämlich ihre jährliche Umrundung der Sonne.

Der Sterntag ist etwa 1/365 (Länge des Jahres gleich 365,2422 Tage) kürzer als der Sonnentag. An den 24 Stunden des Sonnentags gemessen ist der Sterntag 23 Stunden, 56 Minuten und 4,091 Sekunden lang. Der Sterntag wird selbst wieder in 24 Stunden, seine Stunden in 60 Minuten und seine Minuten in 60 Sekunden unterteilt.

Durch die Nutation der Erde schwankt der Frühlingspunkt mit einer Periode von etwa 18,6 Jahren. Dementsprechend unterscheidet man die wahre Sternzeit, die sich aus der direkten Beobachtung ergibt, und die mittlere Sternzeit, die von diesen Schwankungen befreit ist. Der Unterschied zwischen wahrer und mittlerer Sternzeit beträgt maximal etwa 1,1 Sekunden.

Sternzeit und Sternbeobachtung

Die Kenntnis der Sternzeit erleichtert die Beobachtung von Gestirnen wesentlich. In Sternwarten benutzt man Uhren, die nach Sternzeit, das heißt synchron mit den am Himmel laufenden Sternen gehen. Auf einem festen Standort hat jeder Sterndurchgang durch eine bestimmte Höhe oder Richtung eine fixe Sternzeit und kann daher in einen Beobachtungs-Stundenplan nach Sternzeit unverrückbar eingetragen werden. Zu beachten ist, dass die mögliche nächtliche Beobachtungszeit den Stundenplan einmal im Jahr durchläuft.

Die Sternzeit ist wie die Wahre Sonnenzeit eine lokale Zeit. So wie bei der Wahren Sonnenzeit 12 Uhr (mittags) ist, wenn die Sonne den Orts-Meridian durchläuft, ist bei Sternzeit 0 Uhr, wenn der Frühlingspunkt im Orts-Meridian steht. Die Sternzeit auf eine Zonenzeit zu vereinheitlichen wäre widersinnig. Im Gegenteil: Die in Jahrbüchern für einen Tag enthaltene Sternzeit gilt für einen bestimmten Längengrad. Sie muss auf den Längengrad des Beobachtungsortes umgerechnet werden, um mit ihr nutzbringend arbeiten zu können (+ 4 Minuten Sternzeit pro Grad westlicher).

Aus der Differenz der lokalen Sternzeit eines Orts zur Sternzeit in Greenwich folgt unmittelbar die geografische Länge dieses Orts, siehe astronomische Navigation. Einer Messung dieser lokalen Sternzeit entspricht also entweder eine Ortung oder eine Zeitmessung – je nachdem, ob die Sternzeit in Greenwich zum Beobachtungszeitpunkt oder der Längengrad des Beobachtungsorts bekannt ist.

Sternzeit und Rektaszension

Für die Sternzeit gilt:

• Die Sternzeit ist der Stundenwinkel des Frühlingspunkts.
• Sternzeit θ, sowie Stundenwinkel τ und Rektaszension α eines Gestirns sind verknüpft über die Beziehung τ = θ - α.
• Die Sternzeit an einem Ort ist die Rektaszension desjenigen Gestirns, das gerade kulminiert (τ=0).

Am Tag des Herbstäquinoktiums sind Wahre Sonnenzeit und Sternzeit annähernd gleich, denn ein Stern nahe beim Frühlingspunkt kulminiert zu Mitternacht, wenn die moderne 24-Stunden-Zählung beginnt.

Berechnung der Sternzeit

Berechnung nach Jean Meeus:^{[E 1]}

Sternzeit θ₀ am Nullmeridian

$\Theta_0 = 280,46061837 + 13185000,77 \cdot T+ \frac{T^2}{2577,765} - \frac{T^3}{38710000}$ in Grad

mit T= (JD - 2451545) / 36525 in JJh.

JD … Julianisches Datum (entspricht Weltzeit UTC)^{[A 1]}

T … Julianische Jahrhunderte (JJh.) seit J2000.0 (1. Januar 2000, 12:00 Uhr)

Sternzeit θ_λ am Standpunkt des Beobachters:

θ_λ = θ_o + λ

mit λ … geografische Länge

Bemerkung: Den Winkel θ ggf. auf den Hauptwert (0°-360°) bringen, und in das Zeitmaß umrechnen.

Anmerkungen

1. ↑ Streng genommen: TDT, mit der die UTC aber über die UT1 koordiniert ist, die Differenz ist für heutige astronomische Beobachtungen in der hier gegebenen Genauigkeit irrelevant – die Formel gilt nur für T<1 (20./21.Jahrhundert) hinreichend genau

Einzelnachweise

1. ↑ Jean Meeus: Astronomical Algorithms. 2. Auflage , Willman-Bell, Richmond Virginia 1998, ISBN 0-943396-61-1 (englisch).