Sonnenuhr
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Eine Sonnenuhr ist ein astronomisches Gerät, das den Stand der Sonne am Himmel im wesentlichen zur Anzeige der Tageszeit nutzt. Dazu wird die Richtung des Schatten eines Erdachs-parallelen Stabes (Polstab) auf einem Zifferblatt abgelesen. Sonnenuhren dienen heute vor allem als Schmuck von Gebäuden und Plätzen, lassen aber bei moderner Bauweise ein Ablesen der Zeit mit einer Genauigkeit besser als eine Minute zu.
Die Lehre von den Sonnenuhren ist Teil der Gnomonik.
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[Bearbeiten] Abbildung der Sonne in einer Sonnenuhr
Der Stand der Sonne ist durch Angabe von zwei Koordinaten-Werten vollständig bestimmt. Bei Verwendung von äquatorialen Orts-Koordinaten wird mit dem Stundenwinkel τ die Tageszeit erfasst, während die Deklination δ die Jahreszeit enthält.
Zur vollständigen zweidimensionalen Abbildung der Sonne dient ein punktförmiger Schattenwerfer. Bei Beschränkung auf die Anzeige der Tageszeit genügt die eindimensionale Abbildung mit einem Polstab. Die Umkehr der Abbildung mittels Licht anstatt mittels Schatten kommt bei Sonnenuhren ebenfalls vor. Punkt-Licht wird von einer Lochblende (wie bei einer Lochkamera) und Linien-Licht von einer Schlitzblende erzeugt.
[Bearbeiten] Vergleich der beiden Abbildungs-Arten
In der Antike war die zweidimensionale Abbildung üblich und nötig, denn zur Anzeige der mit der Jahreszeit veränderlichen temporalen (biblischen) Stunden musste der Deklinations-Winkel mit erfasst werden. Als Schatten-werfender Punkt diente die Spitze eines vertikalen Stabes, des Gnomons, der dem Fachgebiet Gnomonik seinen Namen gab. Im späten Mittelalter wurden die konstanten, von der Jahreszeit unabhängigen äquinoktialen Stunden gebräuchlich, um die eben erst erfundenen mechanischen Uhren mit erträglichem Aufwand bauen zu können. Gleichzeitig kam bei Sonnenuhren der Polstab, dessen Herkunft ungeklärt ist, und die eindimensionale Abbildung zur Anwendung. Die Punkt-Anzeige war eigentlich nicht mehr nötig, wurde aber vom Polstab nicht verdrängt. [1] Moderne Sonnenuhren, die den Zeitausgleich in der Anzeige enthalten, benötigen wieder die Punkt-Anzeige, denn die Zeitgleichung ist eine Funktion der Jahreszeit.
[Bearbeiten] Zeitanzeige
Sofern die Sonnenuhr so konstruiert ist, dass sie bei Sonnenhöchststand 12 Uhr anzeigt, gibt sie die so genannte Wahre Ortszeit (WOZ) an. Das ist insbesondere bei älteren Sonnenuhren der Fall. Diese Zeit unterscheidet sich von der jeweiligen Mittleren Ortszeit (MOZ) welche für eine Zeitzone als offizielle Zeit festgelegt ist:
- um die Zeitdifferenz aufgrund der geographische Längendifferenz des Standortes zu dem Zonenmeridian, dessen MOZ als Zonenzeit gilt (für Mitteleuropa und damit für die Mitteleuropäische Zeit (MEZ), ist der Zonenmeridian bei 15° östlich von Greenwich,
- plus der Zeitdifferenz aufgrund der Zeitgleichung, welche durch die elliptische Bahn der Erde und die Neigung der Erdachse verursacht wird und je nach Jahreszeit bis zu 16 Minuten beträgt
- im Sommerhalbjahr ggf. um eine zusätzliche Stunde wegen der Sommerzeit
- evtl. um weitere Beträge, die gesetzlich festgelegt werden, um die Zeit innerhalb einer Region zu vereinheitlichen (Spanien hat daher auch MEZ).
Im Fall des Bereichs der MEZ kann die Differenz zwischen WOZ und Zonenzeit je nach Standort plus/minus 30-50 Minuten aufweisen. Zur Mitteleuropäischen Sommerzeit (MESZ) kann die Abweichung wegen des Vorlaufes der offiziellen Zeit um 1 Stunde zwischen Null und -1¾ Stunden betragen. Eine Beispielrechnung: Auf dem 11. östlichen Längengrad (ca Erfurt, Nürnberg, Innsbruck oder Meran) zeigt die Sonnenuhr am 10. Juli 12 Uhr WOZ an. Um auf die offizielle Zeit zu kommen ist wie folgt zu rechnen:
-
- 12:00 WOZ
- + 0:16 h wegen 4° Längendifferenz (4°/360°*24h)
- + 0:05 h Zeitgleichungskorrektur für den 10. Juli
- + 1:00 h Sommerzeit
- = 13:21 MESZ.
- 12:00 WOZ
Bei moderneren Sonnenuhren wird die Differenz zur Zonenzeit oft durch ein entsprechend modifiziertes Zifferblatt korrigiert. Zusätzlich kann auch der Fehler berücksichtigt werden, der durch die Ellipsenbahn der Erde und die Neigung der Erdachse verursacht wird. Bei diesen Sonnenuhren sind die Linien, die einer bestimmten Stunde entsprechen, nicht gerade, sondern haben die Form einer flachen Acht. Diese ergibt sich aufgrund der Zeitgleichung und wird Analemma genannt. Aufgrund der Präzession der Erdachse mit einer Periode von 23.000 Jahren verschiebt sich der durch die elliptische Umlaufbahn bewirkte Effekt gegen die Jahreszeiten, so dass die Form des Analemmas innerhalb der Jahrtausende eine gewisse Veränderung erfährt.
Eine andere Möglichkeit, die Zeitgleichung direkt bei der Konstruktion der Sonnenuhr auszugleichen ist die Bernhardtsche Walze, bei der der Gnomon die Form eines verzerrten Analemmas hat.
[Bearbeiten] Beispiel
Die Sonnenuhr von Santuari de Lluc (auf Mallorca) im Bild rechts veranschaulicht die Entwicklung der Sonnenuhr an vier Beispielen.
Die Aufnahme entstand am 21. September um 16:50 MESZ. Die Sonnenuhr steht auf dem Längengrad 2° 53' Ost und geht, bezogen auf den 0-Meridian (UT), um ca. 11' [1] vor, bezogen auf MESZ um ca. 1h49' nach. Sie zeigt die Ortszeit von ca 3 Uhr nachmittags an.
1. Kanonische Zeit (Links oben)
Die Uhr oben links unterteilt den Tag in Zeitabschnitte gleicher Dauer. Variationen der Periodendauern mit den Jahreszeiten bleiben unberücksichtigt. Die Namen der Zeiten erinnern an den Tagesablauf in einem mittelalterlichen Kloster.
2. Babylonische Zeit (Links unten)
Diese Uhr korrigiert die Stunden in Abhängigkeit von der Jahreszeit. Wie unter Gnomon beschrieben, bewegt sich der Endpunkt des Schattens im Lauf eines Tages auf einer Hyperbel. Die Hyperbel verschiebt sich in Abhängigkeit von der Jahreszeit nach oben oder unten. Die Lage des Schattens sagt die Tageszeit, die Länge des Schattens ungefähr den Tag im Jahr.
In der Abbildung liegt der Schatten auf der Linie 23 Septembre / 21 Marc nahe der Zahl IX. Nach babylonischer Zeitrechnung beginnt der Tag um 6 Uhr morgens. Die Stunde I entspricht 7 Uhr, folglich ist es zur IX. Stunde 15 Uhr.
3. Sonnenuhr mit radialem Zifferblatt (Mitte)
Der Zeiger der mittleren Uhr verläuft parallel zur Erdachse. Die Orientierung seines Schattens ist deshalb unabhängig von der Jahreszeit. Die Schatten bilden Geradenbüschel mit dem Ursprung im Fußpunkt des Stabes, abgesehen von den Korrekturen durch die Zeitgleichung.
Der Schatten des Querstabs im Zeiger nennt das Datum.
Im Bild fällt der Schatten auf 3 Uhr Nachmittags. Der Schatten des Querstabs, am rechten Rand des Hauptschattens, markiert die Jahrestagslinie 23 Septembre -19' / 21 Marc - 4' . Entsprechend der Zeitgleichung ist im März ist eine Zeitkorrektur von 4 Minuten erforderlich, im September von 19 Minuten.
Die Zahlen links und rechts der Sonne bedeuten:
- λ=2° 53' E und φ=39° 50' N: geographische Koordinaten des Standorts
- -11' 32" (G): Zeitkorrektur gegenüber UT
- δ=13° 48' E: Winkel, um den die senkrecht stehende Wand gegenüber der Ost-West Richtung verdreht ist (?)
4. Sonnenuhr mit Analemma-Zifferblatt (rechts)
Die Uhr ähnelt der babylonischen Uhr, berücksichtigt aber in ihrem Zifferblatt die Abweichungen der Zeitgleichung in Form eines Analemmas. Um das Ablesen zu erleichtern, gilt die rechte obere Uhr nur für den Sommer und Herbst, die untere für Winter und Frühling. Anders als bei der babylonischen Uhr bestimmt nicht die Spitze des Gnomons die Zeit, sondern der Schnittpunkt seines Schattens mit der Jahrestagslinie.
Die Aufnahme entstand um den 21. September. Zu diesem Tag gehört die Line des Tierkreises xx in der rechten oberen Uhr, das ist die dritte Linie von oben. Ihr Schnittpunkt mit dem Schatten des Zeigers sagt die Zeit, 3 Uhr.
[Bearbeiten] Geschichte
Die Sonnenuhr wurde in der Antike vor allem durch die Griechen aus dem Gnomon entwickelt. Diesen senkrechten Schattenstab hatten die Griechen von den Babyloniern übernommen. Eine riesige Anlage dieser Form mit einem ägyptischen Obelisken als Gnomon ließ der römische Kaiser Augustus auf dem Marsfeld in Rom errichten. Die älteste in Europa bekannte Uhr wurde in Oropos (Griechenland) gefunden. Es handelt sich um eine Äquatorialuhr aus der Zeit um etwa 340 v. Chr. Etwa 120 weitere antike Uhren sind aus Griechenland bekannt, etwa 150 aus Italien. Die genauesten Uhren der Antike befinden sich am Turm der Winde (Athen). In Deutschland fand man über 10 römische Sonnenuhren. Dazu gehört ein Fund aus dem Jahre 2004 vom Martberg (Mons Martis) bei Pommern/Mosel (Rheinland-Pfalz). Die Hohlsonnenuhr (Skaphe) aus Sandstein mit einem Durchmesser von 40 Zentimetern sieht aus wie eine Halbschale und hat Rillen zur Zeitbestimmung. Im Mittelalter verlor sich zunächst das Wissen um die genaue Konstruktion von Sonnenuhren. Nur an Kirchenbauten wurden einfache Süduhren in die Wand geschlagen, oft ein Halbkreis mit 12 gleichen Sektoren, mitunter aber auch nur aus einzelnen Strichen bestehend, die man leicht übersehen kann. Etwa 150 solcher Sonnenuhren haben sich in Deutschland erhalten, in Großbritannien und Frankreich sind es mehrere Tausende. In den mittelalterlichen Handschriften sind die am häufigsten genannten "Horologia" Sonnenuhren in Form von Schattentafeln. Unter einer Schattentafel versteht man einen Text, eine Tabelle oder Zeichnung, aus der man entnehmen kann, wie lang der Schatten des Menschen, gemessen in Fuß, zu einer bestimmten Uhrzeit ist. Misst man die Schattenlänge mit seinen Füßen aus, kann man mit der Tabelle die ungefähre Uhrzeit ermitteln. Eine solche Schattentafel zeigt S. 163 im Codex 902 der Stiftsbibliothek St. Gallen (www.cesg.unifr.ch).
Die Zeit der einfachen Sonnenuhren war um etwa 1500 vorbei, als man sich in der Renaissance wieder des alten Wissens erinnerte. In den Höfen von Klöstern und Stiften sind oft mehrere kunstvolle Sonnenuhren installiert, z.B. je eine auf der Ost-, Süd- und Westwand. Selbst auf der Nordwand eines auf der Nordhalbkugel befindlichen Gebäudes ist eine Sonnenuhr verwendbar, diese Konstruktion ist jedoch sehr selten zu finden und kann nur im Sommerhalbjahr die Zeit in den frühen Morgen- und späten Abendstunden anzeigen. Äquatoriale Sonnenuhren, Halbkugeln oder kugelförmige Exemplare bilden die Verhältnisse auf der Erdkugel nach und finden sich oft in alten Bibliotheken und Kloster- oder fürstlichen Sternwarten.
Im 17. und 18. Jahrhundert war die "hohe Zeit" der Taschensonnenuhren, die oft klappbar und mit Kompass ausgeführt waren. Auch einfache Bauern-Uhren gab es, meist in Gestalt eines Messingringes, von denen manche Museen sogar Nachbauten zum Verkauf anbieten.
Zahlreiche Orte im Gebirge haben Hausberge, die nach Stunden der Sonnenuhr benannt sind, zum Beispiel Neuner und Zehner (in Wengen), Elfer- und - am häufigsten - Zwölferkofel (Sextener Dolomiten) oder Mittagskogel (in Kärnten). Die schönste dieser Bergsonnenuhren findet sich bei Sexten in den Sextener Dolomiten.
Die derzeit größte Sonnenuhr der Welt ist der 66 Meter hohe Pfeiler der Sundial Bridge im kalifornischen Redding (Kalifornien). Die größte Sonnenuhr Europas mit einem Durchmesser von 99 m und einem 14 m hohen Obelisken befindet sich im Britzer Garten in Berlin.
[Bearbeiten] Alte Sonnenuhren
Eine Reihe von Sonnenuhren verschiedenster Art und Form, vor allem aber auf vertikalen Basissteinen, wurde im Kontext mit frühchristlichen Klosterbauten auf den Britischen Inseln errichtet. Weitere sind:
- Bangor Monastery, Anglesey Wales (10. Jh.)
- Cill Maolchéadair, Dingle-Halbinsel County Kerry, Irland
- Eglwys Clynnog Fawr, in Gwynedd, Nordwales (10. Jh.)
- Nendrum-Kloster, auf Mahee Island County Down Nordirland
- der Sonnenuhr-Trail, führt zu 17 historischen und bedeutenden Sonnenuhren auf der Insel Guernsey.
Ein Besucher des Alsbacher Schlosses fand beim Begehen der Burganlage im Herbst 1999 eine im Ø 32 mm große Bronzescheibe mit römischen Ziffern. Wie sich herausstellte, handelt es sich hierbei um die erste deutsche Sonnenuhr (Reiseuhr) im Taschenformat. Sie ist im gotischen Stil, kunsthistorisch um 1500 einzuordnen.
Als frühe Form eines Zeitmessers mit Hilfe der Sonne ist der Schalenstein zu erwähnen. Mit Hilfe von Felsen in exponierter Lage bietet sich die Möglichkeit zur exakten Einteilung der Jahreszeiten im Sinne eines Kalenders. Über die Positionsmessung eines Schattenwerfenden Stabes auf die im Felsen angebrachten Schalen, können Sonnenwenden errechnet und vorhergesagt werden. Es wird vermutet, dass schon vor Jahrtausenden auf diese Weise die Sonnwenden so eruiert wurden. [2].
[Bearbeiten] Moderne Sonnenuhren
Auch in der Gegenwart wird die Technik des Sonnenuhrbaus weiterentwickelt. So entwarf der Wiesbadener Carlo Heller unter der Bezeichnung Heliosuhren Sonnenuhren, die eine minutengenaue Ablesung ermöglichen. Ein Hohlspiegel projiziert dabei das Sonnenlicht als Lichtpunkt auf einen Globusschirm aus Acrylglas. Der Lichtpunkt zeigt minutengenaue Mitteleuropäische Zeit, das Datum und den subsolaren Punkt (Zenitposition der Sonne) an. Die für den Standort berechnete Zeit- und Datumsskala wird in einem speziell entwickelten computergesteuerten Laser-Fertigungsverfahren hergestellt.
[Bearbeiten] Anmerkungen und Einzelbezüge
- ↑ Auch heutige Sonnenuhren verwenden oft das Bild der Polstab-Spitze für jahreszeitliche Angaben, auf den Zifferblättern befinden sich außer den Stunden- zum Beispiel auch Datums-Linien.
- ↑ Franz Neururer, Jahreszeitenberechnung mit Schalensteinen, 2008, S. 7 ff Link
[Bearbeiten] Literatur
- Mario Arnaldi: The Ancient Sundials of Ireland. British Sundial Society, 2000
- Edmund Buchner: Die Sonnenuhr des Augustus. Nachdruck aus „Römische Mitteilungen“ (RM) 1976 und 1980 und Nachtrag über die Ausgrabung 1980/1981. Zabern, Mainz 1982, ISBN 3-8053-0430-7
- Hugo Michnik, Theorie einer Bifilar-Sonnenuhr, Astronomishe Nachrichten, 217(5190), p.81-90, 1923
- Peter Mischur: Sonnenuhren im Freistaat Thüringen. Band 1. Lexikon der dekorativsten Schönwetter-Zeitanzeiger der Kreise Gotha, Nordhausen, Sömmerda, Kyffhäuserkreis, Unstrut-Hainich-Kreis. Rockstuhl, Bad Langensalza 2006, ISBN 3-938997-12-5
- Yves Opizzo: Die Schatten der Zeit. Millei, Stuttgart 2001, ISBN 3-9807112-1-8
- Hugo Philipp, Daniel Roth, Willy Bachmann: Sonnenuhren - Deutschland und Schweiz. Deutsche Gesellschaft für Chronometrie, Stuttgart 1994, ISBN 3-923422-12-1
- Franz Ritter: Speculum Solis, Das ist Sonnen-Spiegel / Oder Kunstständiger / leichter und grundrichtiger Bericht von den Sonnenuhren / und was denselbigen angehöret. Nürnberg, 1653 (Digitalisat 1. Teil, 2./3. Teil)
- Rene R. J. Rohr: Die Sonnenuhr. Geschichte, Theorie, Funktion. Callwey, München 1982, ISBN 3-7667-0610-1
- Karlheinz Schaldach: Römische Sonnenuhren. Eine Einführung in die antike Gnomonik. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main 2001, ISBN 3-8171-1649-7
- Karlheinz Schaldach: Die antiken Sonnenuhren Griechenlands: Festland und Peloponnes. Mit CD-ROM. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main 2006, ISBN 3-8171-1756-6
- Michael Schütz: Zur Sonnenuhr des Augustus auf dem Marsfeld. Eine Auseinandersetzung mit Buchners Rekonstruktion und seiner Deutung der Ausgrabungsergebnisse aus der Sicht eines Physikers. In: Gymnasium 97,1990, S. 432-457
- Andrew R. Somerville: The ancient sundials of Scotland. In: Proceedings of the Society of Antiquaries of Scotland, Vol. 117 (1987), S. 233-264 (Digitalisat)
- Arnold Zenkert: Faszination Sonnenuhr. 4. Auflage. Verlag Harri Deutsch, Thun und Frankfurt am Main 2001, ISBN 3-8171-1665-9
[Bearbeiten] Siehe auch
Geschichte der Astronomie, sphärische Astronomie, Zeitmessung, Messgerät
[Bearbeiten] Weblinks
- Beschreibung zum Bau einer Sonnenuhr – Sonnenuhren von Malermeister Christian Kumhofer
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