| In Astronomie und Navigation ist es notwendig, die Zeitmessung genauer an die astronomische Realität anzupassen als in den sonstigen Bereichen des Lebens. | Sonnenuhren zeigen die 'wahre Ortszeit', Sterne bewegen sich nach der 'Sternzeit' |
Datum & Zeit
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Schnittpunkt von uralter Kultur und Informationstechnik |
Astronomie
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Jahr, Monat, Tag |
| Live Ortszeit | Verschiedene Ortszeiten und Sternzeit |
| Sterntag | Sonnentag und Sterntag - Ursache und Unterschied |
| Horizont-System | Lokale (horizontale) Koordinaten (Azimuth und Altitude) |
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| Ekliptik & Galaxis | Andere astronomische Koordinaten-Systeme |
| Algorithmen | Berechnung der Sternzeit mit IT-Methoden |
| Polarstern | Das Auffinden von Polarstern, Himmelsrichtungen und Himmelspol |
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Ausgewählte Links, Sternzeit-Software |
Sonnentag und Sterntag |
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Das Diagramm zeigt die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne. Zum ersten Zeitpunkt (rechts) wird auf der Nachtseite genau um Mitternacht ein weit entfernter Stern anvisiert: Stern, Erde und Sonne liegen auf einer Geraden. Die Gerade tritt an 2 Punkten durch die Erdoberfläche: Auf der Tagseite steht die Sonne genau im Süden (Mittag), auf der Nachtseite steht der Stern genau im Süden Zum nächsten Zeitpunkt (links) hat sich die Erde auf ihrer Bahn ein Stück weiter um die Sonne bewegt. Gleichzeitig hat sie sich um ihre eigene Achse gedreht, die hier senkrecht auf die Monitor-Ebene steht. Der Stern steht immer in der gleichen Raumrichtung, da er im Vergleich zu Erde und Sonne unendlich weit entfernt ist. Diesmal stehen Stern, Erde und Sonne jedoch nicht mehr auf der gleichen Geraden: |
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Damit auf dem linken Bild der Erde auf beiden betrachteten Punkten wieder genau Mittag bzw.
Mitternacht ist, muss sich die Erde zusätzlich um den grün eingezeichneten Winkel
drehen. Das bedeutet in der Praxis: Der Stern steht bereits einige Zeit vor Mitternacht genau im Süden. Um Mitternacht steht er bereits ein kleines Stück weiter westlich. Der im Diagramm gezeigte Winkel ist weit größer als für 1 Tag, ebenso ist die Erde im Vergleich zu ihrer Bahn stark vergrößert. Das dient zur Demonstration, weil man den kleinen Winkel-Unterschied zweier aufeinander folgender Tage nicht erkennen könnte. |
Reale Daten: Die Erde legt pro Sonnen-Tag 1/365.25 eines Umlaufs um die Sonne zurück, das entspricht einem Winkel von 0.986°. Von Mittag zu Mittag muss sie sich um 360+0.986° um ihre eigene Achse drehen, denn die Sonne erscheint nach jeder Umdrehung in einer geringfügig abweichenden Richtung. Die zusätzliche Rotation von 0.986 grad benötigt ca. 24*60/360*0.986 = 4 Minuten Zeit. Ein Stern-Tag ist die Zeit für genau eine 360°-Umdrehung der Erde, danach sieht man alle Fixsterne wieder in der gleichen Richtung. Ein Sonnen-Tag dauert um ca. 4 Minuten länger als ein Stern-Tag, denn diese Zeit wird zusätzlich benötigt, bis die Sonne wieder in der gleichen Richtung steht. |
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Für astronomische Beobachtungen ist es sinnvoll, eine eigene Zeit-Skala - die Sternzeit -
zu verwenden. Alle Sterne befinden sich genau dann im lokalen Süden, wenn ihre Rektaszension mit der lokalen Sternzeit übereinstimmt. Ihre Position zu jeder anderen Zeit wird durch ihre Rektaszension angegeben. |
Die Sternzeit stimmt nicht mit der Sonnenzeit überein, ein Sterntag ist um ca. 4 Minuten kürzer als ein Sonnentag. In Sternwarten findet man Sternzeit-Uhren, die pro Sonnentag um 4 Minuten 'vorgehen'. Die Sternzeit verschiebt sich gegenüber der Sonnenzeit um täglich ca. 4 Minuten, in einem Jahr um genau einen ganzen Tag. Die notwendige Umrechnung zwischen Sternzeit und 'offizieller' Sonnenzeit ist ein leider unumgänglicher Nachteil. |
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Referenz-DatumDamit man offizielle (Sonnen)-Zeit und Sternzeit ineinander umrechnen kann, muss ein Referenz-Zeitpunkt festgelegt werden.Dazu wurde der Herbstpunkt gewählt: Zur Tag- und Nachtgleiche (equinox) am 21. September fallen die Zahlenwerte von Weltzeit 12:00 UTC und Sternzeit GST=12:00 zusammen. Dieser Zeitpunkt ist nicht an ein Kalenderjahr gebunden: Da sich Sonnenzeit und Sternzeit pro Jahr um genau 1 Tag unterscheiden, treffen die beiden Zeit-Skalen jährlich einmal zusammen. |
Referenz-MeridianDie lokale Sternzeit ist an den Ort auf der Erdoberfläche (genauer: an die geografische Länge) gebunden. Als Referenz-Meridian wurde Greenwich bei London festgelegt, ebenso wie für die Weltzeit UTC.Es ist üblich, die Sternzeit sowohl als Greenwich Sidereal Time GST als auch als Local Sidereal Time LST anzugeben. In der Astronomie hat die lokale Sternzeit große Bedeutung. ● LST wird verwendet, um die Position (Rektaszension) eines Sternes für einem Standort anzugeben. Die Position muss exakt gemessen bzw. berechnet werden, daher gibt es keine Zonen mit gerundeter Zeit für benachbarte Gebiete. ● In jeder Sternwarte der Erde gilt eine andere, individuelle Sternzeit LST, die auf einer speziellen Sternzeit-Uhr auch angezeigt wird. ● Umgekehrt kann man die geografische Länge berechnen, wenn man über eine genaue Uhr verfügt und den Durchgang eines Sterns (genau in Süd-Richtung) beobachtet. Diese Methode hat große historische Bedeutung. |
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Beispiel:
Der hellste Stern Sirius hat die Koordinaten
Sirius:
RA = 6h45.242m = 06:45:15, Dekl = -16.723°
Der auffällig rote helle Stern Arcturus hat die Koordinaten
Wenn ihre Ortsdaten (
↑ Live-Sternzeit) richtig eingegeben wurden, dann ist ihre lokale Sternzeit ca.
Arcturus:
RA = 14h16.018m = 14:16:01, Dekl = -19.147° LST = 00:00:00
Der Stundenwinkel (Differenz Sternzeit - Rektaszension)
beträgt 00:00
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Der gesuchte Stern befindet sich daher 00:00 Stunden = 0 Grad östlichwestlich vom höchsten Punkt seiner Bahn (Kulmination), gemessen entlang des Himmels-Äquators - Das ist im Mitteleuropa ein Kreisbogen, der in Ost und West ihren Horizont schneidet und im Süden ca. 45° über dem Horizont steht. Der Stern wird heutemorgen um Sternzeit 06:45:15 , das ist um 00:00:00 ihrer Zonenzeit den höchsten Punkt seiner Bahn genau im Süden ihres Standorts erreichen. Anmerkung: Sirius ist in Mitteleuropa nur im Winter über dem Horizont sichtbar, und zwar 'links unterhalb' des auffälligen Sternbildes Orion. |
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Sternzeit-Algorithmen |
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Im Internet findet man zahlreiche Varianten zur Berechnung der Sternzeit (sidereal time). Die hier gezeigten Beispiele sind auf die wesentlichen Elemente gekürzt und getestet, jedoch ohne Gewähr. |
Es ist möglich, die gezeigten Algorithmen mit jedem Kalkulations-Programm (Excel, OpenOffice, ..) zu rechnen. Darüber hinaus sind im Internet zahlreiche Programme zur Berechnung der Sternzeit verfügbar. |
JavascriptFunktion sidtime berechnet die lokale Sternzeit LST als Funktion der geografischen Länge lon (in Grad östl.Greenwich) und von Datum und Zeit als Javascript Date-Objekt dtGeben sie mit dt das gewünschte Datum und die Zeit vor, z.B. die aktuelle Zeit mit Javascript dt=new Date();
Funktion dt_to_jd berechnet den → Julianischen Tag jd, eine weltweit eindeutige Maßzahl für Datum und Zeit, daraus werden die Jahrhunderte jc seit 2000-01-01 12:00:00 berechnet. Der Anfangswert der Sternzeit st wird durch Reihenentwicklung mit jc berechnet. Dazu kommt der Beitrag der Weltzeit in Dezimal-Stunden uth Da st in Grad berechnet wird, kann die geografische Länge lon einfach addiert werden. Ganze Erdumdrehungen (360°) werden abgezogen, zuletzt wird st von Grad in ein Javascript Date-Objekt umgerechnet, das zurückgegeben wird. ♦ Details zum Thema Javascript @ Datum und Zeit. |
function sidtime$(lon,dt) {
// Julianischer Tag + Jh.
var jd = dt_to_jd(dt); var jc = (jd - 2451545) / 36525; // Reihen-Entwicklung
var st = 100.46061837 + jc*36000.77053608 + jc*jc*0.000387933 - jc*jc*jc/38710000
// UTC Stunden
var uth = (jd-Math.floor(jd)) * 24;if(uth<12) {uth+=12;} else {uth-=12;} st = st + 1.002738 * uth * 15; // geogr.Laenge
st = st + lon;// 0..st..360
var n = Math.floor(st/360);st = st - n*360; var sdt=new Date(st*24*10000); return sdt; |
VBADas Beispiel rechts (gekürzt) berechnet die Sternzeit als 'BenutzerInnen-definierte Funktion' in Excel. Alle Angaben unverbindlich, Verwendung auf eigenes Risiko !Argumente:
y1900 .. Datum & Zeit im Y1900-Formatlon .. Geografische Länge in Grad östl. Greenwich (für Grennwich=0, für Wien=16.3733 tzoh .. Differenz der eigenen Zeitzone zur Weltzeit UTC in Stunden (Mitteleuropa tzoh=1) dlsh .. Sommerzeit in Stunden (Normal 0, im Sommer 1) Die Berechnung des Jahrhunderts jc wird mit dem 'hauseigenen' Y1900-Format viel rascher als mit dem Julianischen Tags (JD) asugeführt. Anwendung (Excel-Formeln): • Tragen sie die Geografische Länge in Zelle A1 ein, z.B. A1=16,3733 • Tragen sie den Zeitzonen-Abstand in Zelle A2 ein, z.B. A2=1 (Mitteleuropa, CET, MEZ) • Tragen sie die Sommerzeit in Zelle A3 ein, d.h. A3=0 bei Normalzeit, A3=1 bei Sommerzeit Berechnung von GST: =sidtime(JETZT();0,A2,A3)
Berechnung von LST:
=sidtime(JETZT();A1,A2,A3)
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Die Funktion gibt die Sternzeit in 0..Grad..360 zurück.• Zur Umwandlung in Stunden dividieren sie das Ergebnis durch 15 • Zur Umwandlung in Tage dividieren sie die Stunden durch 24. In diesem Fall können sie das Ergebnis als Zeit formatieren. • Mit Taste F9 wird die Funktion JETZT() und damit die berechnete Sternzeit aktualisiert. |
Function sidtime(y1900,lon,tzoh0,dlsh)
Dim jc, lst st, utc, uth As Double ' Weltzeit UTC
utc = y1900 - (tzoh + dlsh) / 24' Jahrhundert
jc = (utc - 36526.5) / 36525
' Reihen-Entwicklung
st = 100.46061837st = st + 36000.77053608 * jc st = st + 0.000387933 * jc ^ 2 st = st - (jc ^ 3) / 38710000 ' UTC Stunden
uth = utc + 0.5uth = (uth - Int(uth)) * 24 If uth < 12 Then uth = uth + 12
Else
uth = uth - 12
End Iflst = st + 1.002738 * uth * 15 ' Geogr. Laenge
lst = lst + lon
' 0..st..360
lst = lst - Int(lst / 360) * 360sidtime = lst |
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Wenn sie für den eigenen Gebrauch nur ihre eigene LST berechnen wollen,
dann vereinfacht sich die Berechnung: Die Variablen lon,zuoh,dlsh werden global (vor den Subs und Functions) deklariert und mit dem Sub init einmalig eingetragen. Die Geografische Länge (hier 16.3733) wird im VBA-Quelltext eingetragen. Zeitzone und Sommerzeit werden aus der Registry-Datenbank ihres PC gelesen. Das Sub init wird beim Öffnen der Anwendung automatisch ausgeführt, wenn sie in der Arbeitsmappe eintragen:
Private Sub Workbook_Open()
Call init
End Sub
Damit bleibt als Argument der Function sidtime nur die lokale Zeit. Der Rest der Function bleibt gleich. Anwendung: =sidtime(JETZT())
gibt ihre aktuelle lokale Sternzeit LST zurück.
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Dim tzoh, dlsh As Integer
Dim lon as Double Sub init Dim rk, rkv As String
lon = 16.3733
End Subrk = "HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\" rk = rk & "CurrentControlSet\Control\TimeZoneInformation" rkv = rk & "\Bias" tzoh = -registry_read(rkv) / 60 rkv = rk & "\DaylightBias" dlsh = -registry_read(rkv) / 60 Private Function registry_read(key As String) Dim wshShell Dim rr
Set wshShell = CreateObject("WScript.Shell")
End Functionrr = wshShell.RegRead(key) registry_read = rr Function sidtime(y1900) ' ...
End Function
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| ♦ Details zum Thema VBA @ Datum & Zeit. | ♦ Details zum Thema VBA @ Registry . |
Polarstern, Norden und Himmelspol |
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Die Fähigkeit zum Auffinden der Himmelsrichtungen war eine der ersten
Errungenschaften der Zivilisation - durch Jahrtausende mehr oder weniger
überlebenswichtig. Heute lernt man diese Kunst nicht einmal mehr in der Schule. Es ist allerdings noch immer praktisch, wenn man in der Natur auch ohne technische Hilfsmittel die Richtung finden kann. Rechts eine Skizze zum Auffinden des Polarsterns (Polaris, nur auf der Nordhalbkugel). ● Wenn sie wissen, wo die Sonne untergegangen ist, dann können sie die Nord-Richtung bereits grob angeben: sie liegt ca. 90° weiter rechts. ● Suche den 'Großen Wagen' (Großen Bären, Big Dipper, . . ): Man findet ihn in ungefähr nördlicher Richtung, allerdings in unterschiedlicher Orientierung, je nach Datum und Uhrzeit. Die 'Deichsel' (Stern Mizar) kann vom Wagen aus in jede Richtung zeigen. ● Verlängere die Rückwand des Wagens (Sterne Merak und Dubhe) ca. 5-6mal in die gleiche Richtung - Dort befindet sich der Polarstern, gleichzeitig die Spitze der Deichsel des kleinen Wagens. ● Der Höhenwinkel des Polarsterns (Winkel vom Horizont bis zum Stern) entspricht der geografischen Breite, in Mitteleuropa ca. 50°. Wenn sie diese Faustregeln anwenden, dann ist es kaum möglich, den Polarstern zu verfehlen, denn in seiner Nähe befinden sich keine anderen hellen Sterne. ► Sie können die Visierlinie zum Polarstern markieren, z.B. mit Brettern oder Stäben. Es genügt, die Richtung an 2 Punkten genau festzulegen und gegen Veränderung durch Wind und Wetter halbwegs zu schützen. ► Die Richtung zum Polarstern bleibt genau erhalten und zwar unabhängig von Uhrzeit und Datum. ► Der gleiche Test mit jedem anderen Stern zeigt eine Bewegung an, und zwar umso deutlicher, je größer sein Winkel-Abstand zum Polarstern ist. ★ Da Richtung der Erdachse im Raum ändert sich langsam. Für die nächsten Jahrhunderte wird der Polarstern jedoch verlässlich und genau (<1° Abweichung) nach Norden weisen. ♦ Details zu Erdachse und Präzession. |
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Es gibt auch bei Tag Möglichkeiten zur Feststellung der Himmelsrichtungen.
Diese orientieren sich an der Sonne, allerdings mit wesentlich geringerer Genauigkeit
und darüber hinaus ohne Angabe der Höhe des Himmels-Pols. ● Nehmen sie eine analoge Uhr (Armbanduhr, Wecker, .. ) zur Hand und drehen sie das Ziffernblatt in die horizontale Ebene. ● Drehen sie sich so lange zusammen mit der Uhr um ihre vertikale Achse, bis der Stundenzeiger zur Sonne weist. ● Süden liegt in Richtung der Winkel-Halbierenden zwischen Stundenzeiger und der Marke 12. Die Methode würde relativ genau funktionieren, wenn unsere Uhren auf Ortszeit eingestellt wären. Das ist aber nicht der Fall, daher ergeben sich Differenzen je nach dem Abstand zum Referenz-Meridian der Zeitzone. |
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Astronomy Clock |
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Eine spartanische aber recht gute Sternzeit-Uhr (Shareware) für Win-PC ist Laden sie das Programm-Archiv ACLK2.ZIP, entpacken sie es und installieren sie das Programm (auf eigenes Risiko !). • Zur genauen Einstellung brauchen sie die geografische Länge ihres Standortes. • Die interne Uhr ihres PC sollte zumindest auf 1 Minute genau eingestellt sein. • Das Programm beherrscht nicht die Sommerzeit-Regeln der EU. Legen sie daher ihre Orts-Daten doppelt an, einmal für Normalzeit (in Mitteleuropa 1.0 Stunden), einmal für Sommerzeit (2.0). ♦ Unverbindliche → Daten einiger Orte mit Schwerpunkt Mitteleuropa sowie Links zu Geo-Daten ♦ Datum & Zeit auf Windows, Zeit-Synchronisation mit NTP |
Einstellung: • Alle Ortsdaten sind in einer Text-Datei enthalten. Pfad ist normalerweise C:\Programme\Astroclock\ACLOCK.DAT
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Erzeugen sie eine Sicherungs-Kopie des Originals und öffnen sie die Datei mit einem
Editor (z.B. notepad.exe).• Fügen sie 2 Zeilen mit dem eigenen Standort am Ende an • Beispiel: Für Wien (Länge 16°22'28" Ost) fügen sie ein:
Vienna,AT - Sommer | 16|22|28|E|2.00|0
Daten von links nach rechts: Name, Länge (Grad, Minuten, Sekunden, East),
Zeitzonen-Differenz, Null (Non-US)Vienna,AT - Winter | 16|22|28|E|1.00|0 • Starten sie das Programm, Befehl . Wählen sie ihren Standort und speichern sie mit Diese Auswahl muss bei jedem Wechsel Normalzeit / Sommerzeit durchgeführt werden. |
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Das Menü bietet 4 sinnvolle Optionen: zeigt die aktuelle Lokalzeit ihres PC zeigt die Weltzeit UTC - In Mitteleuropa um 1 Stunde (Winter) bzw. 2 Stunden (Sommer) weniger als die Lokalzeit. |
zeigt die Lokale Sternzeit LST zeigt die die Sternzeit am Null-Meridian GST an. ♣ Tipp: Vergleichen sie die Anzeige mit der Live Sternzeit aus dem Internet. Das ist für jede Sternzeit-Uhr empfehlenswert ! |
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Live Sternzeit: J.Giesen (Java Applets: einfach, komplex) Tycho.usno.navy.mil, Astrosurf, Schmitt (nur GST) |
Astronomie: |
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http://www.metrologie.at/z_f_astro.html, http://www.celnav.de/ragha.htm |
ACLK2 - Sternzeit für Win-PC |
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Koordinaten FUSE / PHA: Live Äqu.Koord → Galakt.Koord. |
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Letzte Änderung dieser Seite: 2011-11-30 00:33:08
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