Siderischer Tag

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Siderischer Tag (1 nach 2) und Sonnentag (1 nach 3).

Der siderische Tag ist die Zeit der wiederkehrenden Kulmination eines fiktiven unendlich weit entfernten Fixsterns (ohne Eigenbewegung). Davon leitet sich der Name ab: lateinisch sidus (Genitiv: sideris) Stern

Der mittlere siderische Tag dauert 23 Stunden, 56 Minuten, 4,099 Sekunden = 86164,099 s ≈ 23.9345 h und entspricht einer geometrisch vollständigen Umdrehung der Erde von 360° in einem sternfesten System.

Ein Sonnentag (und dessen mittlerer Wert, der bürgerliche Tag) ist ca. 4 Minuten länger, da sich die Erde bis zur Sonnenkulmination um etwa eine 1/365 Umdrehung ≈ 0,986° weiter drehen muss – und entsprechend auch auf ihrer Bahn weiterläuft – als bei einem siderischen Tag.
Aufgrund der Nutation und Präzession der Erdrotation verschiebt sich der Frühlingspunkt entgegen der scheinbaren Sonnenbewegung im Präzessionszyklus um 360° pro etwa 25800 Jahren ≈ 0,014 Grad pro Jahr (50 Bogensekunden pro Jahr). Deshalb ist der mittlere Sterntag, der der Kulmination des Frühlingspunkts entspricht, um 0,008 s kürzer als ein siderischer Tag.

Der Siderische Tag bezieht sich – gegenüber dem Fundamentalsystem der Astrometrie – auf ein bezüglich des Jahresumlaufs der Erde um die Sonne wesentlich stabileres Koordinatensystem als der Sonnentag: Durch geeignete Wahl der Referenzsterne ist er in der Anwendung maximal den Ungenauigkeiten durch den Umlauf der Sonne um das galaktische Zentrum unterworfen. Er repräsentiert daher – fast – ausschließlich die Rotation der Erde.
Daher dient er der Bemessung astromomischer Ereignisse. Nicht geeignet ist er aber zur Definition der Tageslänge und damit als astronomisches Eichinstrument der Sekunde, die ja mit der Kalenderrechnung korrespondieren sollen: Hierfür werden immer Sonnentag und die tropische Periode herangezogen (der Sterntag ist in seinem Bezug auf den Frühlingspunkt besser geeignet, siehe Ephemeridensekunde, Tropisches Jahr).

Die Rotationsgeschwindigkeit der Erde ist gegenüber den anderen Perioden extrem stabil und nur minimalen Schwankungen unterworfen, sowohl weil prinzipiell ein Kreisel sehr gleichmäßig rotiert, als auch, weil der Mond zusätzlich die Erdachse stabilisiert (siehe Erde-Mond-System).
Ein – astronomisch gemessener – Tag ist aber nicht konstant:

Vermutlich durch Masseverlagerungen im Erdinneren schwankt die Zeit, die für eine Erdumdrehung nötig ist, nachweislich im Bereich einiger Millisekunden und einer Periode etlicher Jahre, und auch langperiodigere Schwankungen größerer Amplitude erscheinen möglich. Auch die Wassermassen der Ozeane haben einen Einfluss.
Die Gezeitenreibung wie auch gravitative Gezeitenkräfte, die die Massen der Sonne und des Mondes auf die Erdmasse ausüben, erhöhen die Dauer des siderischen Tags pro Jahrhundert um etwa 1,7 Millisekunden^[1]. Derselbe Effekt hat beim Mond selbst schon zu seiner gebundenen Rotation um die Erde geführt.

Siehe auch: Ausführlich behandelt das Thema der Artikel Erdrotation