Koordinatensystem des Himmels

Wir gehen zur astronavigatorischen Betrachtung davon aus, dass die Erde im Mittelpunkt steht und die Gestirne sich auf einer Himmelskugel um die Erde drehen. Die Verlängerung der Erdachse führt uns zu Himmelsnord- bzw. Himmelssüdpol; projezieren wir den Erdäquator an die Himmelskugel, so erhalten wir den Himmelsäquator.

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Der Himmelsnordpol liegt heute ganz in der Nähe des Nordsterns (Alpha Urase Minoris).

Die Position eines Gestirns wird wie bei Positionsangaben auf der Erde mit „Breitengraden“, die hier Deklination heißen, und „Längengrade“, die hier Stundenwinkel heißen, dargestellt. Stundenwinkel werden zu ihrem Bezugsmeridian noch weiter spezifiziert:

Greenwicher Stundenwinkel Grt (Engl: Greenwich hour angle (GHA))

Der Greenwicher Stundenwinkel Grt ist der Winkel zwischen der Projektion des Greenwichen Meridans an die Himmelskugel (Greenwicher Stundenkreis) und des Himmelsmeridians, in dem das Gestirn steht.

Himmelsmeridiane werden auch Stundenkreise genannt.

Es wird sofort klar, dass dieser Greenwicher Stundenwinkel natürlich keine statische Angabe für ein Gestirn ist, sondern ein Maß, das sich von Sekunde zu Sekunde merklich ändert. Als Erklärung dürfen wir hier ausnahmsweise anfügen, dass sich die Erde innerhalb von 24 Stunden ja einmal dreht. Oder wir bleiben bei unserem geozentrischen Weltbild und stellen fest, dass sich die Himmelskugel innerhalb von 24 Stunden einmal um die Erde dreht.

Der Greenwicher Stundenwinkel Grt wird von 0° bis 360° gezählt.

Für Sonne, Mond und Planeten kann dieser Greenwicher Stundenwinkel sekunden- genau aus dem Nautischen Jahrbuch entnommen werden. Für Fixsterne ist ein Referenz-Himmelsmeridian angegeben (Frühlingspunkt \aries ), zu dem alle Fixsterne eine (einigermaßen stabile) fixe Position haben.

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Diese relative Position drückt sich aus in ihrer Deklination δ und dem Sternwinkel β. Der Sternwinkel β ist also der Winkel zwischen dem Stundenkreis des Frühlingspunktes und dem Stundenkreis des Fixsterns.

Der Frühlingspunkt ist der Punkt, in dem die Sonne bei Frühlingsanfang steht. Frühlingsanfang ist dann, wenn die Deklination der Sonne gleich null ist, der Bildpunkt der Sonne also direkt auf dem Äquator liegt. Die Länge von Tag und Nacht sind gleich – daher wird dieser Punkt auch Tag/Nachtgleiche oder Äquinoktium genannt.

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Anders ausgedrückt ist der Frühlingspunkt auch der Schnittpunkt des Himmelsäquators mit der nordwärts aufsteigenden Ekliptik. Als Ekliptik wird die scheinbare Bahn der Sonne an der Himmelskugel im Laufe eines Jahres bezeichnet. Die Lage des Frühlingspunktes ist im Vergleich zur Lage der unendlich weit entfernten Fixsterne nicht konstant.

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Die Erde ist in ihrer Bahn um die Sonne um 23,5° geneigt. Sie wird dabei nicht umfallen sondern entsprechend der Kreiselgesetze mit der Polachse einen Kreisbeschreiben. Dieser Effekt wird auch Präzession genannt.

Möglicherweise kennen Sie diesen Effekt vom Spielzeugkreisel: Sobald er in Drehung versetzt wird und seine Achse aus der Vertikalen ausgelenkt wird, beginnt sich die Achse um die Vertikale zu drehen.

Die Polachse wird diesen Kreis in 25.800 Jahren durchlaufen. Zeigt die Polachse heute zum Nordstern, so wird sie in etwa 12.000 Jahren zur Wega zeigen. Das heißt auch für den Frühlingspunkt, der ja den Schnittpunkt des Äquators mit der Ekliptik darstellt, dass sich seine Lage in 25.800 Jahren um 360° geändert hat – herunter gebrochen auf ein Jahr wandert der Frühlingspunkt um 0,014°, was ca. 50“ entspricht.

Genau genommen ist noch ein zweiter Effekt zu berücksichtigen. In der Präzessionsbewegung führt die Erdachse eine kleine periodische Schwankung mit einer Auslenkung von ca. 20 Winkelsekunden und einer Wiederkehr von ca. 18,6 Jahren aus. Diese Bewegung resultiert aus der Wechselwirkung der verschiedenen Himmelskörper mit der Erde („Mehrkörperproblem“) und wird als Nutation bezeichnet.

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Die Präzessions- und Nutationsbewegung sind auch der Grund, warum sich Sternwinkel β und Deklination δ der Fixsterne ändern.

Als die Definition des Frühlingspunktes getroffen wurde, stand dieser gerade im Sternzeichen „Widder“. Daher wird er auch Widderpunkt genannt und daher auch das Symbol \aries.

Heute steht er allerdings wegen der Präzessionsbewegung bereits im Sternbild „Fische“. Der zweite Schnittpunkt des Himmelsäquators mit der Ekliptik ist der Herbstpunkt – auch Waagepunkt genannt (Symbol \libra).

Ortsstundenwinkel t

Der Ortsstundenwinkel ist der Winkel zwischen der Projektion des Längenmeridians des Beobachters an die Himmelskugel (Stundenkreis des Beobachters) und des Meridians, in dem das Gestirn steht. (Stundenkreis des Gestirns)

Der Ortsstundenwinkel ist somit auch keine statische Größe sondern ein zeit- und ortsabhängiges Maß.

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Der Ortsstundenwinkel t wird heute üblicherweise vollkreisig angegeben, d.h. von 0° bis 360° im Uhrzeigersinn zunehmend.

Es gibt auch halbkreisige Darstellungen, die einfach als Stundenwinkel bezeichnet werden.

Der östliche Stundenwinkel tE zählt von 000° bis 180° nach Osten. Der westliche Stundenwinkel tW zählt von 000° bis 180° nach Westen.

Umrechnung des halbkreisigen Ortsstundenwinkels in den vollkreisigen Ortsstundenwinkel:

t < 180°: tW = t

t > 180°: tE = 360°-t

Diese Darstellung kommt vor allem in logarithmischen Berechnungen zum Tragen.

Die Bestimmung des Ortsstundenwinkels ist recht einfach. Ist der Greenwicher Stundenwinkel Grt bestimmt wird die Länge dazugerechnet (Östliche Längen addieren, Westliche Längen subtrahieren) und schon ist der Ortsstundenwinkel bestimmt.

Ergeben sich Werte größer 360°, müssen 360° abgezogen werden. Bei negativen Werten müssen 360° hinzu gezählt werden. Halbkreisige Ortsstundenwinkel wie zuvor beschrieben.

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