Scheinbare Bewegung der Gestirne

Scheinbare Bewegung der Gestirne

 

Die scheinbare tägliche Bewegung der Gestirne ist tatsächlich eine Widerspieglung der Erdrotation. Die Erde rotiert einmal in 23h 56m 4,10s um ihre eigene Achse. Diese Bewegung ist eingebettet in eine jährliche Bewegung der Gestirne, welche durch die Bewegung der Erde um die Sonne hervorgerufen wird. Die Erde benötigt für einen Umlauf um die Sonne rund 365,25 Tage. Für die genaue Festlegung dieses Sonnenjahres ist allerdings ein bestimmter Bezugpunkt notwendig. So kann z.B. der sonnennächste Punkt der Erdbahn, das sogenannte Perihel, herangezogen werden. Doch auch die Differenz zwischen zwei Sonnendurchgängen durch den Frühlingspunkt oder der Bezug auf einen beliebigen Stern auf der Ekliptik kann herangezogen werden. Die scheinbare Bewegung der Gestirne am Himmel, sowohl die tägliche als auch die jährliche, ist im Ergebnis eine Überlagerung der Rotations- und der Bahnbewegung der Erde.

 

Die tägliche Bewegung der Gestirne

Für einen Beobachter auf der Nordhalbkugel der Erde verläuft diese Drehung von Ost über Süd nach West. Ein Gestirn geht also im Osten auf, erreicht im Süden seinen höchsten Stand (Kulmination) und geht im Westen wieder unter. Verallgemeinert kann auch gesagt werden, dass die Gestirne in der Osthälfte aufgehen und in der Westhälfte untergehen. Ausgenommen die Gestirne, welche sich genau auf dem Himmelsäquator befinden, bewegen sich alle Gestirne auf Kleinkreisen parallel zum Himmelsäquator. Eine vollständige Umdrehung der scheinbaren Himmelskugel entspricht einem Sterntag. Somit ist ein Sterntag etwa vier Minuten kürzer als ein Kalendertag von 24 Stunden. Infolgedessen geht ein Gestirn pro Tag etwa vier Minuten früher auf und unter. Nicht alle Gestirne gehen allerdings für einen bestimmten Beobachtungsort unter. Wenn der Winkelabstand eines Gestirns von einem der Himmelspole geringer ist als der Abstand Himmelspol – Horizont, dann unterschreitet dieses Gestirn nie den Horizont und geht folglich auch nicht unter. In diesen Fällen wird von Zirkumpolarsternen gesprochen. So gehen für einen Beobachter in Mitteleuropa beispielsweise die Sternbilder Großer und Kleiner Bär niemals unter. Auf der anderen Seite bleiben für diesen Beobachter die Zirkumpolarsterne des südlichen Sternhimmels immer unsichtbar. Dies kann auch quantitativ ausgerückt werden. Zwischen der Deklination δz eines ständig sichtbaren Zirkumpolarsterns, der Deklination δu eines ständig unsichtbaren Zirkumpolarsterns und der geografischen Breite φ des Beobachtungsortes besteht folgender Zusammenhang:

δz ˃ 90° – φ

δu ˂  φ – 90°
(1)

Der über dem Horizont verlaufende Teil der scheinbaren Bahn des Gestirns an der Himmelskugel wird unabhängig von der Tageszeit als Tagbogen bezeichnet. Der unter dem Horizont verlaufende Teil entsprechend als Nachtbogen. Der Tagbogen eines Gestirns auf dem Himmelsäquator beträgt 180°. Ein entsprechendes Gestirn geht genau im Ostpunkt auf und im Westpunkt unter. Beide Punkte sind auf dem Grundkreis Himmelsäquator genau 180° entfernt. Mit steigendem Abstand vom Himmelsäquator bzw. mit steigender Deklination wird auch der Tagbogen größer. Der Nachtbogen wird entsprechend kleiner. Die Summe aus Tagbogen und Nachtbogen ergibt immer 360°. Zirkumpolarsterne haben einen Tagbogen von 360° und keinen Nachtbogen. Die Höhe des Himmelspols bzw. seine Deklination entspricht der geografischen Breite des Beobachtungsortes. Für einen Beobachter am Äquator haben beide Himmelspole eine Höhe von 0° und liegen genau auf dem Horizont. Damit gibt es für diesen auch keine Zirkumpolarsterne, da alle Gestirne an einem äquatorialen Beobachtungsort auf- und untergehen. Anders sieht es für einen Beobachter am geografischen Nord- oder Südpol der Erde aus. Die Himmelspole haben dort eine Höhe von 90°, befinden sich dort für den Beobachter jeweils im Zenit. Für diesen Beobachter sind alle Gestirne der zugehörige Himmelssphäre (nördliche oder südliche) zirkumpolar. Mit steigender Entfernung vom geografischen Äquator in Richtung eines der Erdpole werden für einen Beobachter immer mehr Gestirne in der entsprechenden Himmelssphäre zirkumpolar, während immer mehr Gestirne der entgegengesetzten Himmelssphäre für diesen unsichtbar bleiben.

Die jährliche Bewegung der Gestirne bzw. der Sonne

Ein bestimmtes Gestirn geht im Verlauf eines Jahres zu unterschiedlichen Zeiten auf und unter. Die Sonne bewegt sich relativ zu den Sternen, so dass ein bestimmter Teil des Sternenhimmels am Taghimmel unsichtbar bleibt und der andere Teil sichtbar ist. Die Sonne bewegt sich hierbei durch die sogenannten zwölf Tierkreiszeichnen und durch den Schlangenträger. Die scheinbare Sonnenbahn an der Himmelskugel wird als Ekliptik bezeichnet. Es muss hierbei beachtet werden, dass die zwölf in der Astrologie verwendeten Tierkreiszeichen aufgrund der Präzession nicht mehr mit den entsprechenden zwölf Sternbildern übereinstimmen. Die Einteilung der Ekliptik in der Astrologie in zwölf Tierkreiszeichen ist auch nicht Deckungsgleich mit der Abgrenzung der Sternbilder in der Astronomie. So teilt die Astrologie die Ekliptik (Gesamtlänge: 360°) in zwölf gleichgroße Abschnitte von 30° Länge. Diese wurden in Anlehnung an die entsprechenden Sternbilder nach diesen bezeichnet. Nachfolgend die jährliche Bewegung der Sonne durch die astronomischen Sternbilder und in welchem Zeitraum sie dabei ein bestimmtes Sternbild durchläuft. In Klammern, wann die Sonne die zwölf astrologischen Tierkreiszeichen durchläuft.

  • Fische 03. – 19.04. (18.02. – 20.03.)
  • Widder                 04. – 14.05. (20.03. – 20.04.)
  • Stier 05. – 21.06. (20.04. – 21.05.)
  • Zwillinge 06. – 20.07. (21.05. – 21.06.)
  • Krebs 07. – 10.08. (21.06. – 22.07.)
  • Löwe 08. – 16.09. (22.07. – 23.08.)
  • Jungfrau 09. – 31.10. (23.08. – 23.09.)
  • Waage 10. – 23.11. (23.09. – 23.10.)
  • Skorpion 11. – 29.11. (23.10. – 22.11.)
  • Schlangenträger 11. – 18.12. ( – )
  • Schütze 12. – 19.01. (22.11. – 21.12.)
  • Steinbock 01. – 16.02. (21.12 – 20.01.)
  • Wassermann 02. – 12.03. (20.01. – 18.02.)

Die Zeitangaben können bis zu zwei Tagen von den angegebenen Daten abweichen. Dies hängt vom genauen Zeitpunkt des Eintritts der Sonne in ein Sternbild oder von einem möglichen Schaltjahr ab.

Der Bereich der scheinbaren Himmelskugel, in welchem sich die Sonne gerade befindet, bleibt für einen Beobachter wie bereits angesprochen unsichtbar und befindet sich am Tageshimmel. Der für einen Beobachter der Sonne genau gegenüber liegende Bereich der scheinbaren Himmelskugel (180°) ist dann besonders gut und die ganze Nacht hindurch beobachtbar. In Abhängigkeit der Jahreszeiten gibt es bestimmte Sternbilder, welche in den Abendstunden besonders gut beobachtbar sind. Zum Beispiel der Löwe im Frühling, der Skorpion, die Leier, der Schwan oder der Adler im Sommer, Andromeda, Pegasus und Perseus im Herbst sowie Orion und der Stier im Winter. Daher werden unterschieden:

  • Frühlingssternbilder
  • Sommersternbilder
  • Herbststernbilder
  • Wintersternbilder

Die Ekliptik, die scheinbare Bahn der Sonne an der scheinbaren Himmelskugel, hat zwei Schnittpunkte mit dem Himmelsäquator und erreicht in zwei Punkten den jeweils größten Abstand vom Himmelsäquator. Der erste Schnittpunkt ist der Frühlingspunkt (Frühlingsäquinoktium) im Sternbild der Fische. In diesem Punkt überschreitet die Sonne den Himmelsäquator von Süd nach Nord. Der Tag fällt auf den 20. März, kann jedoch auch aus den oben bereits genannten Gründen um bis zu zwei Tagen abweichen. Der Durchgang der Sonne durch den Frühlingspunkt markiert auch den Beginn des kalendarischen Frühlings auf der Nordhalbkugel und den Beginn des kalendarischen Herbstes auf der Südhalbkugel. Der zweite Schnittpunkt ist der sogenannte Herbstpunkt bzw. Herbstäquinoktium. In diesem Punkt überschreitet die Sonne den Himmelsäquator von Nord nach Süd. Dieser Punkt liegt um den 23. September (mit bis zu zwei Tagen Abweichung) und markiert den kalendarischen Herbstanfang auf der Nordhalbkugel bzw. den kalendarischen Frühlingsanfang auf der Südhalbkugel der Erde. In beiden Schnittpunkte ist die Tageslänge gleich der Nachtlänge, so dass auch von Tagundnachtgleiche (Äquinoktium) gesprochen wird.

Nördlich des Himmelsäquators nimmt mit zunehmender Deklination der Sonne, also mit ihrem zunehmenden Abstand von Himmelsäquator, auch die Tageslänge zu. Die Nachtlänge nimmt entsprechend ab. Auf der Südhalbkugel der Erde verhält es sich dann umgekehrt. Die maximal nördliche Deklination der Sonne wird als Sommersonnenwende bezeichnet. Dieser Punkt liegt heute im Sternbild der Zwillinge und wird um den 21. Juni erreicht. Mit Erreichen der Sommersonnenwende beginnt der kalendarische Sommer auf der Nordhalbkugel und der kalendarische Winter auf der Südhalbkugel. An diesem Tag steht die Sonne am höchsten am nördlichen Himmel. Der Tag hat dann auf der Nordhalbkugel seine größte Länge und die Nacht entsprechend die kürzeste Länge. Den größten südlichen Abstand vom Himmelsäquator erreicht die Sonne während der sogenannten Wintersonnenwende im Sternbild des Schützen. Dieser Tag liegt um den 21. Dezember und markiert auf der Nordhalbkugel den kalendarischen Winterbeginn bzw. auf der Südhalbkugel der Erde den kalendarischen Sommerbeginn. An diesem Datum ist der Tag auf der Nordhalbkugel am kürzesten und die Nacht am längsten. Auf der Südhalbkugel verhält es sich dann umgekehrt. Die beiden Wendepunkte der Sonne werden als „Solstitien“ bezeichnet. Die Kulminationshöhe hk der Sonne für einen Beobachter am Ort mit der geografischen Breite φ in einem der beiden Wendepunkte ergibt sich dann aus der Deklination δ der Sonne in ihren Solstitien (δ = 23,4° im Sommersolstitium und δ = -23,4° im Wintersolstitium):

hk = 90° –  φ  + δ
(2)

Für die kalendarischen Jahreszeiten auf der Nordhalbkugel der Erde gilt:

  • März – 21. Juni: Frühling
  • Juni – 23. September: Sommer
  • September – 21. Dezember: Herbst
  • Dezember – 20. März: Winter

Bild: Die jahreszeitliche Position der Sonne an der scheinbaren Himmelskugel / Quelle: Wikipedia

Wegen der bereits angesprochenen Gründe (Genauer Durchlaufzeitpunkt der Sonne, Schaltjahre) können die angegebenen Daten um bis zu zwei Tagen abweichen. In der Meteorologie und Klimatologie werden die vier Jahreszeiten aufgrund statistischer und wissenschaftlicher Erwägungen wie folgt festlegt:

  • März – 31. Mai: meteorologischer Frühling
  • Juni – 31. August: meteorologischer Sommer
  • September – 30. November: meteorologischer Herbstbeginn
  • Dezember – 28. bzw. 29. Februar: meteorologischer Winterbeginn

Der Sternenhimmel in den vier Jahreszeiten

Jede Jahreszeit bietet in den Abendstunden charakteristische Sternbilder. Am Morgenhimmel sind bereits die Sternbilder für den Abendhimmel der nachfolgenden Jahreszeiten zu sehen. Auf den nachfolgenden vier Seiten werden die typischen Sternbilder für den jeweiligen Abendhimmel der vier Jahreszeiten am mitteleuropäischen Himmel dargestellt. 

Der Frühlingssternenhimmel zeigt vor allem drei helle Sterne, welche nahezu ein rechtwinkliges Dreieck bilden. In der Nähe zum Horizont zeigt sich Spika, der Hauptstern des Sternbildes Jungfrau. Links darüber ist ein hell orangroter Stern zu sehen, Arktur im Sternbild Bootes (Der Bärenhüter). Weiter rechts oberhalb von Spika zeigt sich der helle Regulus (Kleiner König), der Hauptstern des Sternbildes Löwen. Diese drei Sternbilder haben recht einprägsame Figuren. Die Sterne haben unterschiedliche Entfernungen zur Erde. Spika ist 220, Arktur 35 und Regulus 68 Lichtjahre entfernt. Der Schwanzstern des Löwen Denebola ist etwa 62 Lichtjahre entfernt.

Bild: Der Frühlingssternenhimmel / Quelle: Wikipedia (CalSky)

Der Sommersternenhimmel zeigt ebenfalls drei helle Sterne, welche ein Dreieck bilden. Die Hauptsterne Deneb im Schwan, Wega in der Leier und Altair im Adler bilden das sogenannte Sommerdreieck. Der Deneb ist mit 1.200 Lichtjahren relativ weit von der Sonne entfernt, während Wega mit einer Entfernung von 26 Lichtjahren und Altair mit 16 Lichtjahren relativ nah sind. In der Nähe zum südlichen Horizont können die Sternbilder Skorpion und Schütze beobachtet werden. Auffallend ist der Hauptstern des Skorpion, der marsrote Antares mit einer Entfernung von 360 Lichtjahren. Im Sternbild Schützen befindet sich von der Erde aus gesehen das Zentrum der Galaxis (Milchstraße), welches etwa 26.000 Lichtjahre von der Sonne entfernt ist. Die Sternbilder Skorpion und Schütze stehen recht nah am Horizont und sind daher nicht mehr vollständig zu beobachten. Weitere charakteristische Sommersternbilder sind der Herkules sowie der Schlangenträger und die Schlange am rechten (westlichen) Rand des Sommerdreiecks. Die Galaxis bzw. Milchstraße besteht aus vielen Sternen, welche aufgrund ihrer großen Entfernung nur als milchiges Band am Sternhimmel zu erkennen sind. Sie verläuft quer durch das Sommerdreieck bis zum südlichen Horizont herab und ist in diesem Bereich am auffälligsten.

Bild: Der Sommersternenhimmel / Quelle: Wikipedia (CalSky)

Der Herbststernenhimmel ist durch Sternbilder geprägt, welche weniger helle Sterne enthalten. Ein charakteristisches Herbststernbild ist Pegasus, zu dem vier mittelhelle Sterne gehören, welche ein Quadrat bilden. Dieses Quadrat wird daher auch als Pegasusquadrat bezeichnet. Streng genommen gehört der linke obere Stern des Pegasusquadrates bereits zum Sternbild Andromeda, welches sich direkt links oben am Pegasus anschließt. Im Sternbild Andromeda befindet sich die relativ bekannte Andromedagalaxie M31 bzw. NGC 224. In der Nähe zum Südhorizont finden sich die Sternbilder Wassermann, Fische und Walfisch. Knapp über dem Horizont ist der relativ einsame Fomalhaut zu erkennen, der Hauptstern im Südlichen Fisch.

Bild: Der Herbststernenhimmel / Quelle: Wikipedia (CalSky)

Der Wintersternenhimmel zeigt wieder viele helle Sterne und auffällige Sternbilder. Einen zentralen Platz am Wintersternenhimmel nimmt der Himmelsjäger Orion ein. An seiner linken Schulter leuchtet auffällig der rötliche Stern Beteigeuze, welcher etwa 270 Lichtjahre von der Sonne entfernt ist. Der hellste Stern im Orion ist der etwa 650 Lichtjahre entfernte Rigel, der rechte Fußstern des Orion. Im Orion befindet sich der relativ gut sichtbare Orionnebel M42. Auffällig ist auch der Gürtel des Orion, welcher aus drei Sternen besteht. Wenn dieser Gürtel in Gedanken nach links unter verlängert wird, dann trifft dieser auf den Sirius. Der etwa 8,7 Lichtjahre entfernte Sirius ist der Hauptstern im Großen Hund und der hellste Fixstern am Sternenhimmel. Links oberhalb von Sirius befindet sich der etwa 11 Lichtjahre entfernte Prokyon, der Hauptstern des Sternbildes Kleiner Hund. Bei einer Verlängerung des Gürtels nach rechts oben wird der rote Stern Aldebaran, der etwa 53 Lichtjahre entfernte Hauptstern des Sternbildes Stier, erreicht. In der Umgebung von Aldebaran befinden sich mit den Hyaden und den Plejaden zwei auffällige offene Sternhaufen. Sehr hoch am Sternhimmel, in der Nähe des Zenits, befindet sich der etwa 42 Lichtjahre entfernte Stern Kapella, der Hauptstern im Sternbild Fuhrmann. Links unterhalb von Kapella befinden sich die fast gleichhellen Sternen Kastor und Pollux in den Zwillingen. Kastor ist etwa 44 Lichtjahre und Pollux etwa 32 Lichtjahre von der Sonne entfernt. Die Sterne Kapella, Aldebaran, Rigel, Sirius, Prokyon und Kastor bilden das Wintersechseck.

Bild: Der Wintersternenhimmel / Quelle: Wikipedia (CalSky)