Letzte Aktualisierung: 4. Juli 2024

Analemma: warum die Sonne eine 8 in den Himmel zeichnet

Figur des Analemmas

Das Sonnenanalemma ist eine Achterkurve, die am Himmel gezeichnet wird, wenn die Positionen der Sonne jeden Tag zur gleichen Zeit über ein ganzes Jahr hinweg aufgezeichnet werden. Diese Zahl ist das Ergebnis zweier unterschiedlicher astronomischer Phänomene: der Schiefe der Ekliptik (der Neigung der Erdrotationsachse) und der Exzentrizität der Erdumlaufbahn.

Schiefe der Ekliptik

Die Schiefe der Ekliptik bzw. die Neigung der Rotationsachse der Erde relativ zu ihrer Umlaufebene um die Sonne beträgt etwa 23,5 Grad. Diese Neigung ist für saisonale Schwankungen verantwortlich und beeinflusst direkt die Höhe der Sonne am Himmel während des Jahres. Am Mittag der Sonne (wenn die Sonne am höchsten Punkt steht) führt diese Neigung zu einer Änderung der Deklination der Sonne von einem Maximum von +23,5 Grad zur Sommersonnenwende auf ein Minimum von -23,5 Grad zur Wintersonnenwende.

Exzentrizität der Erdumlaufbahn

Die Umlaufbahn der Erde um die Sonne ist nicht perfekt kreisförmig, sondern leicht elliptisch mit einer Exzentrizität von etwa 0,0167. Das bedeutet, dass der Abstand zwischen Erde und Sonne im Laufe des Jahres variiert. Diese Variation führt zu einer Änderung der Umlaufgeschwindigkeit der Erde aufgrund des zweiten Keplerschen Gesetzes (Gesetz der Flächengleichheit), wonach sich die Erde an ihrem Perihel (dem Punkt, der der Sonne am nächsten ist) schneller und an ihrem Aphel (dem Punkt, der am weitesten von der Sonne entfernt ist) bewegt.

Die Form des Analemmas

Die charakteristische Achterform des Analemmas ist eine Kombination aus den Auswirkungen der ekliptischen Schiefe und der Exzentrizität der Umlaufbahn. Die beiden Hälften des Analemmas sind aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Umlaufgeschwindigkeit der Erde oft asymmetrisch:
- Auswirkung der Schiefe: Die vertikale Komponente des Analemmas ist auf die Neigung der Erdachse zurückzuführen, die die Nord-Süd-Bewegung der Sonne im Laufe des Jahres verursacht.
- Auswirkung der Exzentrizität: Die horizontale Komponente resultiert aus Schwankungen der Umlaufgeschwindigkeit der Erde. Wenn sich die Erde dem Perihel nähert, bewegt sie sich schneller und der Sonnentag (die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sonnendurchgängen am Meridian) ist etwas kürzer. Im Aphel bewegt sich die Erde langsamer und der Sonnentag ist länger.

Beobachtung

Um das Analemma zu beobachten, muss der Sonnenstand ein Jahr lang jeden Tag zur gleichen Zeit und vom gleichen Ort aus fotografiert werden. Dieser Prozess hebt saisonale und tägliche Schwankungen des Sonnenstandes hervor.
Das Analemma wird zur Korrektur von Sonnenuhren verwendet und ermöglicht die Umrechnung der scheinbaren Sonnenzeit in die mittlere Sonnenzeit. Darüber hinaus bietet es eine klare Visualisierung der kombinierten Auswirkungen der Neigung der Erdachse und der Exzentrizität der Umlaufbahn auf die scheinbare Position der Sonne.
Das Sonnenanalemma ist eine elegante und komplexe grafische Darstellung der dynamischen Wechselwirkungen zwischen der Erdrotation, ihrer axialen Neigung und ihrer elliptischen Umlaufbahn. Das Verständnis des Analemmas ermöglicht es uns, unser Wissen über Himmelsbewegungen und Himmelsmechanik im Allgemeinen zu vertiefen. Es ist ein eindrucksvolles Beispiel für die Schönheit und Präzision der astronomischen Phänomene, die unser Universum beherrschen.