Tageslauf des Sternenhimmels

Am 17.2.1600 wurde der Dominikanermönch Giordano Bruno auf dem Scheiterhaufen in Rom verbrannt, weil er behauptete, die Sterne, die wir von der Erde aus als Lichtpunkte sehen, seien Sonnen, wie die unsere. Längst wissen wir, daß er recht hatte. Die Sterne, die übrigens so groß sein können, daß die komplette Jupiterbahn darin Platz findet, sind nur deswegen so winzig, weil sie so weit weg sind. Der uns nächste Stern ist gute vier Lichtjahre entfernt, die anderen viel, viel weiter. Ein Lichtjahr ist die Entfernung, die das Licht in einem Jahr zurücklegt, das sind knapp 10 Billionen Kilometer. Zum Vergleich benötigt das Licht vom Mond zur Erde eine gute Sekunde, das Licht von der Sonne gute acht Minuten. (Lichtgeschwindigkeit = 300000km/s)

Wie die Sonne, gehen auch die Sterne jeden Tag auf und unter. Da sie über den gesamten Erdenhimmel verteilt sind, stehen immer Sterne am Himmel. Tagsüber werden sie von der Aufhellung der Athmosphäre überstrahlt und sind somit unsichtbar. Die Redewendung "Wir müssen warten, bis die Sterne aufgegangen sind" ist also sinnlos.

Drehung des Himmels, bzw. der Erde

Dadurch, daß die Sterne so weit weg sind, kann man an ihnen die Rotation der Erde um ihre eigene Achse beobachten, denn die Bewegung der Erde im Weltraum ist vernachlässigbar gering im Vergleich mit den riesigen Entfernungen zu den Sternen. Die scheinbare Drehung des Sternenhimmels ist das Spiegelbild der Erddrehung. Also: Die Sterne gehen (wie die Sonne) im Osten auf und im Westen unter. Daraus schließen wir, daß sich die Erde von Westen nach Osten dreht. Sie können das Experiment machen, indem Sie sich langsam um ihre Achse drehen und beobachten, in welche Richtung sich das Augenbild ihrer Umgebung dreht.

Beobachten wir von Oldenburg aus den Sternenhimmel über mehrere Stunden, fällt auf, daß es Sterne gibt, die pro Zeit weite Strecken zurücklegen, andere bewegen sich nur langsam. Manche gehen auf und unter, andere hingegen bleiben immer über dem Horizont. Warum das so ist, kann man sich an einem Modell verdeutlichen. Wir nehmen einen Apfel mit Stiel, befestigen auf der Nordhalbkugel mit einer Nadel ein ebenes Stück Pappe. Die Pappe stellt den Horizont dar, der Nadelkopf den Beobachter. Drehen wir den Apfel am Stiel (der Rotationsachse), so können wir beobachten, daß vom Nadelkopf aus, einige Teile des Raumes nur zeitweise zu sehen sind (z.B. Fenster), andere immer (z.B. Zimmerlampe) und wieder andere nie (z.B. Füße). Übertragen auf die Erde gibt es Sterne und Sternbilder, die immer zu sehen sind (zirkumpolare Sterne, z.B. Großer Wagen), andere die nur zeitweise am Himmel sind (z.B. Wassermann), andere die nie aufgehen (z.B. Kreuz des Südens). Welche Sterne immer, zeitweise oder nie zu sehen sind, hängt ab von der geographischen Breite des Beobachters.

Sonne verschiebt Aufgangszeiten der Sterne

Notiert man sich über mehrere Tage die Zeiten, zu denen ein Stern z.B. hinter einer Hausecke verschwindet, stellt man fest, daß dieses täglich knapp vier Minuten früher als am Vortage der Fall ist. Wie bereits erwähnt, spiegeln die Sterne die Rotation der Erde um die eigene Achse wider. Die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgendem Verschwinden des Sternes hinter der Hausecke muß also die Dauer einer Erdrotation sein. Doch warum dauert sie nur 23h56m und nicht 24h?

Die Antwort liegt in der Definition des Tages. Ein Tag ist angelehnt an die mittlere Dauer, die zwischen zwei Durchgängen der Sonne durch den Süden vergeht. Ein Tag hat 24 Stunden, d.h. es gibt offenbar eine Differenz zwischen dem Lauf der Sonne und der Sterne.

Tatsächlich rotiert die Erde in 23h56m einmal um sich selbst, doch zeigt sie dann der Sonne nicht mehr dieselbe Seite zu, weil sie in der Zeit ein Stückchen weiter um die Umlaufbahn um die Sonne zurückgelegt hat. Das bedeutet im speziellen Fall für die Erde, daß sie sich etwas weiterdrehen muß, damit die Sonne wieder dieselbe Seite bescheint und für den Beobachter wieder im Süden steht. Dieses Nachdrehen dauert knapp vier Minuten (in Winkelgrad ausgedrückt, muß sich die Erde um ein knappes Grad weiterdrehen). Diese vier Minuten summieren sich in einem Jahr zu einem ganzen Tag. Daraus folgt, daß sich die Sonne vor dem Sternenhintergrund zu bewegen scheint und nach einem Jahr wieder an derselben Stelle am Sternenhimmel steht. (Man mache sich das klar, indem man beobachte, wie sich der Hintergrund eines Tisches verschiebt, wenn man um diesen Tisch herumgeht.) Da Himmelshelligkeit und -dunkelheit von der Sonne abhängig sind, können wir zu unterschiedlichen Jahreszeiten unterschiedliche Sternbilder sehen. Ein Hilfmittel, um festzustellen, welche Sternbilder zu welcher Zeit zu sehen sind, ist die Drehbare Sternkarte.

Script-Text zu Veranstaltung "Von der Uni aus den Sternenhimmel sehen" des Zentrums für wissenschaftliche Weiterbildung (ZWW), 22.10.1997