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Bemühungen um Astronomie,  ein Bericht in Fortsetzungen - Teil  4

Es mag in einer lockeren Folge von Berichten erlaubt sein, die Linie durch aktuelle Meldungen über meinen letzten Beobachtungen kurz zu unterbrechen :  Es ist ein Kreuz, aber trotz vielerlei Versuchen schaffe ich es derzeit nicht, den Polarstern bei Tag zu sichten. Vielleicht ist es darauf zurückzuführen, dass in dieser Jahreszeit (Ende Mai 1998) die Sonne näher am Himmelspol steht als bei meinen früheren erfolgreichen Versuchen. Dies könnte die Hintergrundhelligkeit entscheidend vergrößern und den Kontrast mit dem Lichtpunkt des Polarsterns entsprechend verkleinern. Ich denke auch daran, dass trotz "blauen Himmels" eine dem bloßen Auge nicht auffallende, aber wirksam größere Belastung mit Schwebstoffen dies unmöglich macht (es sind zur Zeit ja auch auffallend üppig Blütenpollen in der Luft, "Sahara Staub" mögen es manche auch nennen) .
Mein Vorhaben, den Polarstern möglichst über 24 Stunden am Himmel mit dem Theodolit zu verfolgen, ist also leider in diesen Tagen nicht durchführbar gewesen. Vielleicht geht es auch nach einigen Regentagen, wenn die Luft frisch gewaschen ist, wieder besser !
Inzwischen ist auch bei einem wunderschön blauen Himmel die Suche nach Polaris erfolglos geblieben, obwohl weder Dunst noch Pollen auffielen und eine ordentliche Fernsicht bestand. Bleibt also, auch bei frisch gewaschenem Himmel, nur noch das stärkere Streulicht wegen der höher und näher beim Polarstern stehenden Sonne.

Das Thema in diesem Bericht soll aber die Orientierung am Himmel sein. Es soll gezeigt werden, wie eine Stelle am Firmament durch zwei Winkelangaben eindeutig bezeichnet werden kann. Es geht dabei entsprechend zu, wie bei der Bezeichnung einer Stelle auf der Erdoberfläche, nämlich durch Angabe einer "geographischen Breite" und einer "geographischen Länge". Am Himmel heißen die entsprechenden Werte das "Azimut" und die "Höhe" über dem Horizont. Weil also offensichtlich der Begriff "Horizont" zur Orientierung dient, nennt man dieses Koordinatensystem auch das "Horizontsystem".

  • Die erste Himmelskoordinate heißt das "Azimut". Es gibt eine Information zur "Himmelsrichtung". Damit ist die Richtung gemeint, in der von der betrachteten Stelle am Himmel eine lotrechte Gerade den Horizont schneidet. Das Azimut ist aber bei den Astronomen leider nicht einheitlich festgelegt. Da mein Zugang zur Himmelskunde von der Beschäftigung mit GPS-Navigation her kommt, neige ich dazu, wie in der Navigation auch, das Azimut 0 als die Richtung nach Norden zu verstehen. Nennen möchte ich diese Festlegung hier als Azimut der Art A. Diese Azimutwerte werden nach Osten größer. Demgemäß bedeutet ein Azimut von 45 ° also die Richtung Nord-Ost. 90 ° ist Richtung Ost, 180 ° ist Süd-, 270 ° West- und 359 ° fast wieder Nord-Richtung. Manche Astronomen wählen dagegen die Südrichtung als Azimut 0 ° (ich will dieses System hier Azimut der Art B nennen). Von dort wird westwärts hochgezählt und Westen hat dann das Azimut von 90 °. Hier könnte man also schon stolpern, wenn man nicht genau nachsieht, welche Art von Azimut gemeint ist. Die Umrechnung beider Systeme ist natürlich denkbar einfach: Azimut (der Art A) = Azimut (der Art B) + 180 °. Falls das Ergebnis größer als 360 ° werden sollte, sind einfach 360 ° abzuziehen. Punkte mit gleichem Azimut liegen auf einem gemeinsamen Viertelkreis vom Horizont bis zum Punkt senkrecht über uns. Setzt man den ersten Viertelkreis auf der gegenüberliegenden Seite weiter bis wieder herab zum gegenüberliegenden Horizontpunkt fort, so haben alle Punkte auf diesem zweiten Viertelkreis wieder gleiches Azimut, aber um 180 ° verschieden von denen auf dem ersten Viertelreis.

     

  • Die zweite Himmelskoordinate des Horizontsystems ist der "Höhenwinkel" oder auch die sog. "Elevation". Gemeint ist der Winkel, gemessen vom Horizont aus (= 0 ° Höhe), unter dem der betreffende Himmelspunkt lotrecht über dem Horizont mit dem zugehörigen Azimut erscheint. Punkte mit gleichen Höhenwinkeln liegen also auf einem Kreis am Himmel, der parallel zum Horizont verläuft. Ein Höhenwinkel von 45 ° bedeutet also, dass der entsprechende Punkt auf halbem Weg zwischen dem Horizont und dem Zenit liegt. Der Zenit hat demnach eine Höhe von 90 ° und liegt senkrecht über dem jeweiligen Beobachter. Dieser Punkt ist am Himmel über uns der einzige, der mit nur einer Koordinate, nämlich dem Höhenwinkel 90 ° eindeutig festliegt und für den die Angabe eines Azimuts keinen Sinn hätte. Man kann die Höhe eines Punktes am Himmel auch über die sog. "Zenitdistanz" angeben. Diese wird als Winkel vom Zenit abwärts gemessen und es gilt :

    Zenitdistanz = 90 ° -  Höhenwinkel

Ein Beispiel : Ein Punkt mit den Horizontkoordinaten : Azimut = 135 °,  Höhe = 60 ° (bei Azimut der Art A) liegt also im Südosten und erscheint dem Beobachter unter einem Höhenwinkel von 60 °. Er steht somit in 2/3 der Zenithöhe über seinem Lotschnittpunkt mit dem Horizont in der genannten Süd-Ost-Richtung.

Beim messenden Umgang mit den Horizontkoordinaten sollte an eine Besonderheit gedacht werden : Die Beschreibung von Punkten am Himmel ist nicht an allen Stellen der "Himmelskugel" mit gleicher typischer Genauigkeit möglich. Zwei Punkte nämlich mit einem bestimmten "Winkelabstand" - dieser Begriff ist in der nächsten Folge zu besprechen - haben einen kleineren Differenzwert ihrer Azimute, wenn sie beispielsweise auf einem gemeinsamen Höhenkreis in der Nähe des Horizontes liegen als zwei andere Punkte, die bei gleichem Winkelabstand auf einem zenitnäheren Höhenkreis stehen. Das bedeutet, dass eine Unsicherheit in den Azimutangaben sich in Zenitnähe gravierender auswirkt als in Horizontnähe. Als einfache Mitteilung dazu die folgenden Zahlenwerte : Bei einer Azimutdifferenz von 1,0 °, den 2 Punkte auf einem Höhenkreis der Höhe 5 ° haben mögen, beträgt auch ihr Winkelabstand rund 1,0 °. Die gleiche Azimutdifferenz ergäbe sich aber auf einem Höhenkreis von 85 °, also nur 5 ° unter dem Zenit,  schon bei einem einem Winkelabstand von nur 0,09 °. Umgekehrt machen sich dort oben also relativ kleine Azimutfehler schon als relativ große Abweichung des erwarteten Winkelabstandes bemerkbar, wenn dieser aus den Azimuten zweier Sterne mit großen Höhenwinkeln berechnet wird. Es leuchtet demnach ein, dass andererseits die Messung des Winkelabstandes eine von der Position am Himmel unabhängige Genauigkeit erwarten lässt.

All dies entspricht auch den Gegebenheiten auf einer vertrauteren Kugel, nämlich der Erdoberfläche: Ein Schritt auf dem Äquator führt nur zu ganz geringer Änderung der geographischen Länge, etwa in der Größenordnung von 10-8 Grad. Bei genügender Annäherung an den Nordpol kann ein Schritt auf einem Breitenkreis aber leicht eine Änderung der geographischen Länge von einem ganzen Grad ausmachen. Wie nahe am Pol müsste man denn übrigens sein, damit das bei einer angenommenen Schrittlänge von 0,80 m der Fall wäre ? - Finden Sie auch, dass man dann ca. 46 m vom Pol entfernt sein müsste ? Auf welcher geographischen Breite befände man sich dann ? Etwa 89.999993 ° ? Wie sollte man aber mit der hierzu erforderlichen Präzision seine geographische Breite bestimmen ?? Für solche Vorhaben greift man dann doch lieber zur Vorstellung der Erde als Scheibe zurück, die man so voreilig längst verworfen hatte !

Zum Schluss der heutigen Überlegungen noch eine Skizze der Himmelskugel mit der Darstellung der Horizontkoordinaten. Hier liegt also das Azimut "der Art B" vor mit Azimut 0° im Süden. Zu ergänzen wäre noch der Begriff "Zenitdistanz", der ebenfalls als Winkel gemessen wird und immer mit dem Höhenwinkel als Summe 90  ° ergibt. Klar ist angesichts der Skizze wohl auch, dass negative Höhenwinkel für ein "Himmelsobjekt" immer bedeuten, dass es unter dem Horizont des Beobachters liegt, also nicht sichtbar ist, weil es entweder noch nicht "aufgegangen" oder schon "untergegangen" ist. Klar ist auch, dass Beobachter, die gleichzeitig an verschiedenen Orten den Himmel anschauen, jeweils einen "anderen Himmel" sehen, dass also die Horizontkoordinaten eines Himmelsobjektes von der Zeit und dem Standort des Beobachtenden abhängig sind. Dies ist sicherlich eine "Schwäche" des Horizontsystems. Das alternative Äquatorsystem wird später besprochen. Bei ihm hat der gleiche Fixstern auch "fast" konstante  Koordinaten.

 

   

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Erstellt im Mai 1998

Letzte Berichtigung am 07.01.2002