Ergänzendes
2005-05-10

Sternzeit

Die Sternzeit wird aus der Umdrehung der Erde gegenüber dem Hintergrund der in großer Entfernung stehenden Sterne abgeleitet, kann also aus nächtlichen Beobachtungen des Sternenhimmels bestimmt werden. Einen Sterntag definiert man in erster Näherung als die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meridiandurchgängen eines Sterns. Dabei ist der Meridian eines Beobachtungsortes der Großkreis auf der Himmelskugel, der durch die beiden Himmelspole und durch den Zenit des Beobachtungsortes geht. Anders ausgedrückt ist der Meridian der vom Erdmittelpunkt aus auf die Himmelskugel projizierte Längenkreis des Beobachtungsortes. Der Meridiandurchgang ist daher die präzisierte Festlegung des Zeitpunktes, zu dem umgangssprachlich "der Stern genau im Süden steht" (zumindesten für Beobachter auf der Nordhalbkugel der Erde). Die Dauer eines Sterntages in Einheiten der Weltzeit beträgt 23h 56m 04,0905 s.

 

Bestimmung der Länge des Sterntags

Um die Länge eines Sterntages präziser zu definieren und auch um für die Sternzeit einen Nullpunkt der Zeitzählung festlegen zu können, müssen zunächst die Begriffe 'Stundenwinkel', 'Ekliptik', 'Himmelsäquator' und 'Frühlingspunkt' erläutert werden. Durch einen beliebigen Punkt des Himmels -- z.B. den Ort eines Sterns -- und die beiden Himmelspole läßt sich eindeutig ein weiterer Großkreis festlegen, der im allgemeinen nicht mit dem Meridian zusammenfällt, sondern diesen an den Himmelspolen schneidet. Der Schnittwinkel wird als Stundenwinkel bezeichnet. Er wird allerdings üblicherweise nicht im Gradmaß angegeben, sondern in Stunden, Minuten und Sekunden (daher der Name). Der Vollkreis von 360 Grad entspricht dabei exakt 24 Stunden. Infolge der Erdrotation wächst der Stundenwinkel während eines Sterntages um 24 Stunden.

 

Himmelsäquator und Frühlingspunkt

Der Himmelsäquator ist die Menge aller Punkte der Himmelskugel, die 90 Grad von beiden Himmelspolen entfernt sind, oder auch der vom Erdmittelpunkt her an die Himmelskugel projizierte Erdäquator. Die Ekliptik ist die Bahn, die die Sonne im Laufe eines Jahres zwischen den Sternen zieht. Himmelsäquator und Ekliptik fallen nicht zusammen (eine Folge der Schrägstellung der Erdachse), sondern schneiden sich in zwei Punkten, deren einer als Frühlingspunkt bezeichnet wird.

 

0 Uhr Sternzeit

Als 0 Uhr Sternzeit wird nun der Meridiandurchgang des Frühlingspunktes definiert, was sich verallgemeinern läßt zur Feststellung: 'Die Sternzeit ist der Stundenwinkel des Frühlingspunktes.' Der Frühlingspunkt ist natürlich ein fiktiver Punkt auf der Himmelskugel und läßt sich deshalb nicht direkt beobachten. Aus den bekannten Koordinaten beobachteter Sterne kann aber auf die Lage des Frühlingspunkts geschlossen werden. Aus dem oben gesagten wird auch deutlich, daß ein Sterntag die Zeitspanne zwischen zwei Meridiandurchgängen des Frühlingspunktes ist. Nach dieser endgültigen Definition ist der Sterntag um rund 9 Millisekunden kürzer als nach der eingangs vorgestellten Definition, eine Folge der Tatsache, daß der Frühlingspunkt sich wegen der Präzession der Erdachse gegenüber den Sternen verschiebt.
Wegen des Bezugs auf den Meridian führt die obige Definition zu einer Sternzeit, die ortsabhängig ist. Um auf eine weltweit einheitliche Sternzeit zu kommen, bezieht man sich auf den Meridian von Greenwich und bezeichnet die so erhaltene Zeitskala als 'Greenwich Mean Siderial Time' (GMST). Um zwischen GMST und der lokalen Sternzeit umrechnen zu können, muß die geographische Länge des Beobachtungsortes bekannt sein.

 

Bedeutung der Sternzeit

Die Bedeutung der Sternzeit liegt zum einen in der Möglichkeit, aus ihr und den Koordinaten eines Sternes (speziell der Rektaszension) den Stundenwinkel und damit die momentane scheinbare Position des Sternes zu errechnen (die sich ja wegen der Erdrotation ständig ändert). Zum anderen bildet die Sternzeit eine der Grundlagen der Weltzeit UTC.

 

(Dieser Text wurde mit freundlicher Genehmigung von Chris Kronberg von der Webseite http://www.maa.mhn.de/Scholar/dt_times.html übernommen, auf der es noch interessante weitergehende Informationen zur astronomischen Zeitmessung gibt. Der Autor dieses Textes ist Dirk Husfeld.)