Sonnenlauf
Die täglich wiederkehrenden Sonnenauf- und -untergänge sowie die Veränderung der Tageslänge im Laufe eines Jahres sind wichtige Voraussetzungen für die Entstehung des Lebens. Ihre Ursachen und Gesetzmäßigkeiten beschäftigen die Menschen von Alters her. Auch wenn heute der Lebensrhythmus oft durch die Uhr und nicht durch die Sonne vorgegeben wird, verspricht eine tiefere Beschäftigung mit dem Thema interessante Erkenntnisse.
Das Formular dient zur Erzeugung einer Sonnenlauftafel für beliebige Orte auf der Erde. Die Sonnenlauftafel stellt die Zeiten des Sonnenaufgangs und -untergangs sowie die Dämmerungsphasen für ein ganzes Jahr grafisch dar. Geben Sie hierzu die geografischen Koordinaten eines Ortes ein oder wählen Sie einen aus der Liste. Weiterhin kann das Jahr und die Größe der Tafel in gewissen Grenzen variiert werden. Beim Klick auf Berechnen startet das Programm zur Erzeugung der Sonnentafel. Das kann durchaus einige Sekunden dauern. Neben den Koordinaten und dem Jahr werden bei der Berechnung die Zeitgleichung (mehr dazu weiter unter), die Zeitzone des Ortes und Sommerzeitregelungen berücksichtigt.
Neu: Alternativ dazu können Sie auch die Sonnenlauftafel von meinem Tool GeoPosition aus starten. Markieren Sie dazu den Ort auf der Karte und klicken Sie dann auf den Link Jährlicher Sonnenlauf.
Erläuterungen zur Sonnenlauftafel
Die Abbildung links zeigt die Sonnentafel für Berlin im Jahr 2008. Die vertikale Achse bildet von oben nach unten den Lauf des Jahres ab, auf der Horizontalen werden von links nach rechts die Stunden eines Tages dargestellt. Die gelbe Fläche steht für die Zeit, an der die Sonne in Berlin zu sehen ist. Die dunkleren Farben versinnbildlichen die Nacht, die verschiedenen Abstufungen von Dunkelrot nach Dunkelblau stehen für die verschiedenen Dämmerungsstufen - dazu später mehr.
Bei genügender Bildgröße kann man die Zeiten für Sonnenauf- und Untergang direkt aus dem Diagramm abschätzen: Anfang Januar geht die Sonne in Berlin gegen 8:15 Uhr auf und kurz nach 16 Uhr unter. Im weiteren Verlauf des Jahres scheint die Sonne immer länger: Es wird Frühling. Schließlich erreicht am 20. Juni - zum Sommeranfang - der Tag seine maximale Länge: Die Sonne ist von 4:40 Uhr bis 21:30 Uhr zu sehen. Danach werden im Laufe des Sommers die Tage schon wieder kürzer.
Die angegebenen Zeiten beziehen sich immer auf die offizielle Ortszeit des jeweiligen Ortes, für Berlin also die Mitteleuropäische Zeit. So erklären sich auch die beiden «Zacken» im Bild: Ende März werden die Uhren eine Stunde auf die Sommerzeit vorgestellt und Ende Oktober wieder zurück. Den Effekt sieht man im Bild sehr gut: Es bleibt abends länger heller.
Dämmerung
Wenn die Sonne untergeht, wird es nicht sofort dunkel. Ebenso kündigt sich der Sonnenaufgang schon durch eine hellere Färbung des Osthimmels an, bevor die Sonne zu sehen ist. Die verschiedenen Stufen der Dämmerung sind ebenfalls in der Sonnentafel sichtbar:
Während der bürgerlichen Dämmerung (in der Sonnentafel dunkelrot gezeichnet) kann man sich im Freien noch ohne künstliche Beleuchtung gut orientieren. Zusätzlich erkennt man bei klarem Himmel schon die hellsten Planeten und Sterne. Daran schließt sich die nautische Dämmerung (magenta) an. Es werden immer mehr Sterne sichtbar und die wichtigsten Sternbilder sind zu erkennen. Andererseits ist aber die Horizontlinie noch klar auszumachen. Somit ist diese Dämmerungsphase gut für die nautische Navigation geeignet - daher ihr Name. Mittels eines Sextanten wird hierbei die Höhe eines bekannten Sternes über dem Horizont bestimmt. Durch Vergleich mit der Uhrzeit und Zuhilfenahme eines nautischen Jahrbuchs lässt sich daraus die Position des Beobachters bestimmen - ganz ohne GPS.
Die in der Sonnentafel hellblau gezeichnete Dämmerungsphase ist die astronomische Dämmerung. Im normalen Sprachgebrauch wird man diese Phase schon als Dunkelheit bezeichnen. Es ist aber immer noch nicht dunkel genug für astronomische Beobachtungen lichtschwacher Sterne, Galaxien und Nebel. Das ist erst in der sich anschließenden Nacht (dunkelblau) möglich. Aus der Sonnentafel für Berlin erkennt man zum Beispiel, dass hier - wie in ganz Mitteleuropa - die Dämmerungsphasen relativ lang sind und es in den Sommermonaten sogar nie richtig Nacht wird.
Sonnenjahre und Sonnentage
Der tägliche Wechsel von Tag und Nacht hat seine Ursache in der Rotation der Erde um ihre Achse, die durch Nord- und Südpol verläuft. Die Rotationsdauer beträgt 24 Stunden. Warum folgt daraus nun nicht eine gleichmäßige Tages- und Nachtlänge von jeweils 12 Stunden? Der Auslöser für die Veränderung der Tageslänge im Laufe des Jahres ist zunächst einmal die jährliche Bahn der Erde um die Sonne. Dabei ist die Erdachse allerdings gegenüber der Umlaufbahn geneigt. Zum Beispiel ist im Juni die Nordhalbkugel in Richtung der Sonne geneigt, deswegen sind dann hier die Tage länger als 12 Stunden. Auf der Südhalbkugel hingegen sind die Verhältnisse umgekehrt - hier sind im Juni die Tage kürzer als die Nächte und es ist Winter.
Reise nach Süden
Die Sonnenlauftafel für Stanley auf den Falklandinseln (Abbildung mitte rechts) illustriert diesen Effekt: Die Sonnenscheindauer erreicht hier ihr Maximum zum Jahreswechsel - deswegen ist auch der Monat Februar der wärmste des ganzen Jahres (siehe Klimadiagramm). Die Sommerzeit gilt von September bis April. Wenn der Mitteleuropäer sich Ende Juni über die langen, hellen Abende freut, geht auf den Falklandinseln die Sonne schon vor 16 Uhr unter.
Setzt man die Reise nach Süden noch weiter fort, so gelangt man vielleicht zur australischen Forschungsstation Davis in der Antarktis (Abbildung mitte links). Man erkennt auch hier die gegenüber der Nordhalbkugel vertauschte Lage der Jahreszeiten. Interessanter ist aber folgendes: Im Hochsommer im Dezember und Januar geht die Sonne nie unter, wogegen sie im tiefen Winter im Juni nie aufgeht! Diese Erscheinung liegt in der Lage der Station südlich des südlichen Polarkreises begründet. Immerhin herrscht den ganzen Winter über wenigstens bürgerliche Dämmerung, es wird nie ganz dunkel. Vielleicht ist das mit ein Grund, warum diese Station auch im Winter nie ganz verlassen wird.
Anders sieht die Situation direkt an den Polen aus, hier wird es im jeweiligen Winter richtig finster. Sie können das leicht selbst überprüfen, indem Sie in das Formular oben die Breite 90 Grad für den Nordpol oder -90 Grad für den Südpol eingeben und auf Berechnen klicken. (Die Länge ist in diesem Fall egal, man muss aber einen gültigen Wert, zum Beispiel 0 eingeben).
Am Äquator
Zurück in wärmere Gefilde! Interessant verhält sich die Sonne auch direkt am Äquator, zum Beispiel in Kampala, der Hauptstadt von Uganda. Die zugehörige Sonnenlauftafel zeigt die Abbildung unten rechts.
Hier liegen die Tages- und Nachtlängen das ganze Jahr über fast konstant bei 12 Stunden. Es gibt keine Jahreszeiten im uns bekannten Sinne, das Klima ist das ganze Jahr über ausgeglichen warm. Die Zeiten der Dämmerung sind verhältnismäßig kurz, die Sonne geht steil auf und unter. Bald nach Sonnenuntergang ist es stockfinster. Betrachtet man sich die Sonnenlauftafel für Kampala etwas genauer - vielleicht auch bei höherer Auflösung - so fällt auf, dass der Sonnenlauf doch etwas von der Idealvorstellung abweicht:
So sind die Tage immer etwas länger als 12 Stunden und die Nächte dementsprechend kürzer. Diese Erscheinung ist schnell erklärt: Die Tageslänge wäre nur dann genau 12 Stunden, wenn man zur Bestimmung der Auf- und Untergangszeiten eine punktförmige Sonne voraussetzt. Nun hat aber die Sonnenscheibe einen sichtbaren Radius von 50 Bogenminuten und als Sonnenaufgang gilt der Zeitpunkt, an dem bereits der oberste Rand der Sonne sichtbar wird und nicht erst ihr Mittelpunkt. Analog ist es beim Sonnenuntergang: Erst wenn die Sonne vollständig hinter dem Horizont verschwunden ist, wird die Zeit des Sonnenuntergangs gemessen.
Der zweite Effekt ist schwerer zu erklären: Die Auf- und Untergangszeiten sind im Lauf des Jahres nicht konstant, sondern variieren insgesamt um etwa eine halbe Stunde. Extremwerte treten im Februar und Anfang November auf. Diese Schwankung hat zwei Ursachen: Zum einen ist die Bahn der Erde um die Sonne keine ideale Kreisbahn, sondern eine Ellipse. Daher bewegt sich die Erde nicht mit konstanten Geschwindigkeit um die Sonne, sie ist in Sonnennähe schneller als in Sonnenferne. Zum anderen bewirkt die Neigung der Erdachse gegen die Umlaufbahnebene, dass die scheinbare, von der Sonne zurückzulegende Bahn während eines Tages unterschiedlich lang sein kann. Die beiden Effekte überlagern sich, ihr numerischer Wert wird als Zeitgleichung bezeichnet. Der Wert der Zeitgleichung, der im Jahresverlauf variiert, spiegelt sich in der im Sonnenlaufbild zu sehenden Schwankung der Auf- und Untergangszeiten wider.
Fazit
Die Sonnenlauftafel liefert in kompakter Form Aussagen über den Lauf der Sonne innerhalb eines Jahres für einen bestimmten Ort. Die Zeiten für Sonnenauf- und Untergang lassen sich mit einer Genauigkeit ablesen, die für bürgerliche Zwecke völlig ausreichend ist. Eine virtuelle Reise zu verschiedenen Orten unseres Planeten bietet auf anschauliche Art und Weise Einblicke in grundlegende astronomische Zusammenhänge.