POLARIS
HANDBUCH
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Bild 1: Die Sonnenuhr POLARIS
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Die Sonnenuhr POLARIS
„Und sie dreht sich doch“ soll der italienische
Physiker, Mathematiker, Philosoph und Astronom Galileo Galilei gemurmelt haben, als er
in hohem Alter - die Heilige Inquisition vor
Augen - gezwungen wurde, dem kopernikanischen Weltbild abzuschwören.
Galilei ist inzwischen von der Kirche rehabilitiert worden und heute
zweifelsfrei, dass sich die Erde um die Sonne
bewegt und sich um eine Achse dreht, die
zum Polaris (Polarstern) zeigt.
Die Sonnenuhr POLARIS besitzt einen Schattenstab, der parallel zur Erdachse steht. In
Folge der Erddrehung bewegt sich die Sonne
scheinbar um den Stab, der mit seinem
Schatten auf der Weltkarte zeigt, wo unser
Tagesgestirn gerade steht.
Beispielsweise zeigt die POLARIS in Bild 1
an, dass die Sonne über Indien steht, also in
Bombay gerade Mittag ist. Gleichzeitig liest
man dort, wo der Schatten auf den Zeitring
fällt, 9 Uhr MESZ ab. Das ist die Zeit, die Sie
auch von Ihrer Armbanduhr ablesen. Das ist
keineswegs selbstverständlich, denn normalerweise zeigen Sonnenuhren die Sonnenzeit
an.
Die „wahre“ Zeit von der Sonne
Die Sonnenzeit gibt uns den natürlichen Lauf
der Sonne an unserem Standort wieder. Die
Sonnenzeit wird daher auch wahre Ortszeit
(WOZ) genannt. Wenn an Ihrem Wohnort die
Sonne ihren Tageshöchststand (Kulmination)
erreicht, ist es exakt 12 Uhr WOZ. Dieser
Zeitpunkt ist der wahre Mittag, der den Tag
tatsächlich in zwei gleich lange Hälften teilt.
Schon mit einer primitiven Sonnenuhr kann
man diesen Zeitpunkt feststellen, nämlich dann, wenn ein senkrecht in die Erde
gesteckter Stab den kürzesten Schatten
wirft. Wenn wir nun den wahren Mittag
über mehrere Tage hinweg verfolgen, werden wir mit unserer Armbanduhr feststellen,
dass er zu ganz unterschiedlichen Zeiten eintritt. Die Zeit von Mittag zu Mittag ist offensichtlich nicht immer 24 Stunden lang, der
Sonnentag ist mal kürzer und mal länger. Die
Sonnenuhr geht während des Jahres gegenüber dem Mittelwert bis zu 16 Minuten vor
und bis zu 14 Minuten nach.
wissen wir
Die Gründe für den unregelmäßigen Sonnengang sind die elliptische Erdbahn um die
Sonne und die zur Erdbahn schief gestellte
Erdachse.
Die wahre Ortszeit (WOZ) ist also keine
gleichmäßige Zeit und folglich ungeeignet für die Zeitmessung mit mechanischen
Uhren. Daher hat man bereits im 18. Jahrhundert für größere Städte eine gemittelte
Zeit, die mittlere Ortszeit (MOZ), eingeführt.
Die Differenz von wahrer und mittlerer Ortszeit nennt man Zeitgleichung. Bild 2 zeigt,
wie sich die Zeitgleichung im Laufe des Jahres verändert.
Bild 2: Zeitgleichung
Zeitzonen
Die Erfindung der Eisenbahn und der Telegrafie im Zuge der industriellen Revolution
im 19. Jahrhundert ermöglichte Fernreisen
und weltweite Kommunikation. Vor allem die
Notwendigkeit von überregionalen Zugfahrplänen führte zur weiteren Vereinheitlichung
der Zeit: die Einführung der Zeitzonen durch
eine internationale Vereinbarung aus dem
Jahr 1884. Die Zeitzonen liegen jeweils eine
Stunde auseinander, genau die Zeitdauer, die
die Sonne für ihre scheinbare Wanderung
um die Erde für 15 Längengrade benötigt.
Auf der POLARIS sind der Nullmeridian durch
Greenwich bei London, auf den sich die
koordinierte Weltzeit (Universal Time Coordinated UTC) bezieht, und die Zeitzonenmeridiane östlich und westlich im Abstand von
15° eingezeichnet.
Die in den meisten Ländern Europas gültige
Zonenzeit ist die mitteleuropäische Zeit
(MEZ). Sie ist als die mittlere Ortszeit (MOZ)
am 15. Längengrad östlich von Greenwich,
auf dem z.B. die deutsche Stadt Görlitz liegt,
definiert. Sie geht gegenüber der Weltzeit
um eine Stunde vor.
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Jahreszeiten
Unsere Erde rotiert täglich um ihre Achse
und wandert in einem Jahr einmal um die
Sonne. Die Erdachse ist zur Senkrechten auf
der Erdbahnebene um 23,44° geneigt. Durch
den Umlauf der Erde um die Sonne ändert
sich ständig die Richtung zur Sonne, die Erdachse zeigt dabei stets zum Himmelspol in
der Nähe des Polaris (Polarstern). Das ist der
Grund, warum die Sonne - von der Erde aus
gesehen - auf ihrem jährlichen Umlauf zwischen den Wendekreisen hin und her wandert und die Jahreszeiten entstehen (Bild 3).
Zur Wintersonnenwende am 21. Dezember
steht die Sonne am südlichen Wendekreis,
dem Wendekreis des Steinbocks. Von der
Nordhälfte der Erde gesehen, zieht sie ihre
niedrigste Tagesbahn über dem Horizont.
Der gesamte nördliche Polarkreis ist an diesem Tag im Dunkeln. Am Südpol herrscht
dagegen Polartag. Von diesem Tag an steigt
die Sonne wieder auf und zieht jeden Tag
eine höhere Bahn, man spricht von der aufsteigenden Sonne.
Zum Frühlingsanfang (Widderpunkt) am
20. / 21. März überquert die Sonne den
Äquator. Tag und Nacht sind gleich lang. Ab
jetzt geht am Nordpol die Sonne ein halbes
Jahr nicht mehr unter, am Südpol ist im gleichen Zeitraum Nacht. Am 20. / 21. Juni zur
Sommersonnenwende ist sogar der gesamte
nördliche Polarkreis ganztags beleuchtet, die
Sonne erreicht den nördlichen Wendekreis
(Wendekreis des Krebses), auf der Nordhälfte
der Erde zieht sie ihre höchste Tagesbahn.
Bild 4: Jahreszeitliche Beleuchtung der POLARIS
Ab jetzt steigt die Sonne wieder ab und
wird am 22. / 23. September den Äquator in
südlicher Richtung überqueren. Es ist wieder
Tagundnachtgleiche, die Sonne tritt in das
Tierkreiszeichen Waage ein und der Herbst
beginnt auf der Nordhälfte der Erde. Am
21. / 22. Dezember fängt der Winter und der
jahreszeitliche Kreislauf von vorne an.
Die Sonnenuhr POLARIS ist nach der Einstellung für den Standort wie die Erde ausgerichtet (Bild 4). Der Schattenstab steht
parallel zur Erdachse und die Äquatorplatte
mit den Weltkarten zeigt zum Himmeläquator. Wie in der Wirklichkeit steht die Sonne
in unserem Frühling und Sommer über der
nördlichen Weltkarte und im Winter und
im Herbst wird die südliche Weltkarte der
POLARIS beleuchtet. Entsprechend wird die
Bild 3: Umlauf der Erde um die Sonne
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Uhrzeit oben respektive unten abgelesen. Zu
den Tagundnachtgleichen zeigt die Sonnenuhr prinzipbedingt für kurze Zeit nicht an.
Einrichtung der Sonnenuhr für den
Aufstellungsort
Die POLARIS ist ein präzises Instrument,
das Ihnen die genaue Zeit und die Mittagsposition der Sonne anzeigt. Die folgende
Beschreibung zeigt Ihnen, wie die Sonnenuhr
aufgestellt und justiert wird.
Die POLARIS kann für jeden Standort in den
mittleren Breiten der Welt eingerichtet werden. Für Breitengrade zwischen 35° N und
70° N auf der nördlichen Hemisphäre sowie
35° S und 70° S auf der südlichen Hemisphäre
ist sie mit dem mitgelieferten Breitengradlineal einstellbar.
Die Einrichtung erfolgt in drei Schritten. Als
Beispiel wählen wir Frankfurt am Main als
Standort der Sonnenuhr. Die geografischen
Koordinaten von Frankfurt lauten: 50,1°
nördliche Breite und 8,7° östliche Länge.
1. Eigenen Standort auf der Weltkarte
einrichten
Dieser Schritt hat zum Ziel, dass die Mittagslinie durch den eigenen Standort auf der
Weltkarte geht (Bild 5). Nach richti ger Ausrichtung der Sonnenuhr läuft diese gedachte
Linie ge nau in Nord-Süd-Richtung.
Bild 5: Einstellung Längengrad
ebene Fläche und halten das Breitengradlineal mittig an den Zeitring. Durch Auf- und
Abbewegen des Schattenstabs können Sie
nun die Polaris für den Breitengrad einstellen
(Bild 6). Wenn dies geschehen ist, ziehen Sie
die Muttern mit dem mitgelieferten Ringschlüssel oben und unten an. Bitte achten
Sie darauf, dass die Einstellung des Längengrads aus Schritt 1 noch korrekt ist.
Der Standort wird mit Hilfe der Längengradskala am äußeren Rand der Weltkarte eingestellt. Drehen Sie den Zeitring, bis 12 Uhr
mit der Mittagsmarke auf der Äquatorplatte
übereinstimmt. Dann wird die Weltkarte
gedreht, bis der Längengrad Ihres Standorts
auf dem 12 Uhr-Pfeil steht. In Bild 5 ist dies
8,7° O, die geografische Länge von Frankfurt
am Main. Das Gleiche geschieht auf der
Unterseite mit der Weltkarte der südlichen
Hemisphäre, auch diese stellen Sie auf den
Längengrad Ihres Standorts ein. Wenn sich
die Weltkarten nicht drehen lassen, lösen Sie
ein wenig die zentralen Muttern oben und
unten mit dem Ringschlüssel.
2. Breitengrad einstellen
Der Schattenstab wird in die zentrale Bohrung von der südlichen Seite eingeführt.
Jetzt stellen Sie die Sonnenuhr auf eine
Bild 6: Einstellung Breitengrad
[5]
3. Nach Süden ausrichten
Auf der POLARIS lässt sich die in Ihrem Land
gültige Zonenzeit ablesen, so dass Sie diese
direkt mit der Zeit auf Ihrer Armbanduhr vergleichen können. Daher können Sie umgekehrt die POLARIS nach Ihrer Armbanduhr
stellen und damit automatisch nach Süden
ausrichten.
Auf der Weltkarte sind die Zeitzonen eingezeichnet. Für Frankfurt am Main ist die mitteleuropäische Zeit (MEZ) maßgebend, die
sich auf 15° östliche Länge bezieht.
Daher drehen Sie den Zeitring, bis der
12 Uhr-Pfeil auf den Zeitzonenmeridian
15° O, der mit „MEZ“ gekennzeichnet ist,
steht. Falls gerade die Sommerzeit (MESZ)
gültig ist, verwenden Sie den Pfeil bei 13 Uhr
(Bild 7).
Jetzt fehlt noch die datumsabhängige Einstellung der Zeitgleichung. Diese ergibt sich
aus der Tatsache, dass die Sonnenzeit gegenüber unserer gemittelten Zeit auf der Armbanduhr mal vor und mal nachgeht.
In unserem Beispiel nehmen wir an, es sei
der 15. Mai. Für dieses Datum ergibt sich
aus der Tabelle auf der letzten Seite ein
Wert von +4 min für die Zeitgleichung. Bei
0 Uhr finden Sie auf dem Zeitring die Skala
für die Zeitgleichung. Sie stellen die Zeitgleichung ein und orientieren sich dabei
an dem Zeitzonen-Längengrad, an dem die
Zeitgleichungsskala steht. Wenn Sie 13 Uhr
auf 15° O gestellt haben (Bild 7), steht die
Zeitgleichungsskala am Längengrad 150° W
(Bild 8).
Jetzt ist alles vorbereitet für die Ausrichtung
nach Süden. Sie stellen nun die POLARIS am
vorgesehenen Ort auf. Geeignet ist ein Tisch
Bild 8: Einstellung Zeitgleichung
oder ein Mauervorsprung, die Fläche sollte
eben sein. Drehen Sie die Sonnenuhr jetzt so
lange, bis der Schatten des Schattenstabs die
gleiche Zeit wie die auf Ihrer Armbanduhr
anzeigt (Bild 9). Im Frühling und Sommer
vom 20. / 21. März bis 22. / 23. September
lesen Sie die Zeit auf der Nordhälfte (oben),
im Herbst und Winter auf der Südhälfte
(unten) ab (vgl. Bild 4). Sobald die Uhrzeit
auf der POLARIS mit der Armbanduhr übereinstimmt, ist die Sonnenuhr nach Süden
ausgerichtet und der Schattenstab zeigt zum
Himmelspol in der Nähe des Polaris (Polarstern).
Ablesen der Sonnenuhr
Nachdem Sie nun die POLARIS eingerichtet
haben, können Sie bei Sonnenschein ganztägig die Zeit und die Mittagsposition der
Sonne ablesen. Damit die Sonnenuhr die Zeit
richtig anzeigt, sollte die Zeitgleichungseinstellung immer dem Datum entsprechend
aktuell gehalten werden.
Weltzeituhr
Im Beispiel haben wir die Sonnenuhr für die
mitteleuropäische Zeit eingerichtet. Sie ist
eine Zonenzeit, die als bürgerliche Zeit in
vielen Ländern Europas gültig ist. Auf der
Weltkarte der POLARIS ist die MEZ am Zeitzonenmeridian 15° O eingezeichnet. Auch die
meisten anderen Zeitzonenmeridiane sind
mit einer repräsentativen Zeitzone der nördlichen bzw. südlichen Hemisphäre gekennzeichnet. Die Bedeutung der Abkürzungen
der Zeitzonen und die jeweilige Zeitdifferenz
zur Weltzeit (UTC) finden Sie im Anhang auf
der letzten Seite.
Bild 7: Einstellung Zeitzone
Für Standorte auf der südlichen Hemisphäre wird der Schattenstab von Norden nach
Süden eingeführt, so dass sich die südliche
Weltkarte oben befindet. Der Schattenstab
[6]
Bild 9: Ausrichten nach Süden
zeigt dann zum südlichen Himmelspol. Die
Sonne wandert von Osten über Norden (statt
Süden) nach Westen, also von rechts nach
links, so dass die Zeitskala gegen den Uhrzeigersinn läuft. Die Beleuchtung der POLARIS
ist den Verhältnissen auf der Südhalbkugel
entsprechend: Im dortigen Frühling und
Sommer wird die obere Seite (südliche Weltkarte) und während des dortigen Herbsts
und Winters die untere Seite (nördliche Weltkarte) beleuchtet.
POLARIS zeigt immer unmittelbar die wahre
Zeit von der Sonne an.
Wanderung der Sonne um die Welt
Genauso wie am eigenen Standort ist es an
jedem Ort der Welt einmal am Tag wahrer
Mittag. Dieses Ereignis findet an dem Längengrad statt, an dem Sie die Schattenlinie auf
der Weltkarte der POLARIS gerade sehen. An
allen Orten, die sich auf diesem Längengrad
befinden, erreicht die Sonne ihren täglichen
Höchststand. Auf der Nordhalbkugel steht
sie dann genau im Süden, auf der Südhalbkugel im Norden. In der tropischen Zone
zwischen den Wendekreisen nimmt sie für
einen dortigen Standort je nach Jahreszeit
eine der beiden Richtungen ein und steht an
zwei Tagen im Jahr mittags im Zenit.
In unserem Beispiel am 15. Mai um 9:00 Uhr
MESZ (Bild 1 und 9) steht die Sonne gerade
74° östlich von Greenwich über Indien im
Mittag. Wenn Sie sich in diesem Moment
120 km östlich von Bombay befinden würden, würde dort die Sonne gerade im Süden
kulminieren.
Zubehör und Support
Für die POLARIS ist eine Grundplatte mit
Zeitgleichungstabelle und Wasserwaage
lieferbar, die mit Schrauben und Dübeln
befestigt und ausgerichtet werden kann. Die
Sonnenuhr wird reproduzierbar in eingelassenen Nuten aufgenommen.
Wahre Ortszeit - Sonnenzeit
Natürlich können Sie auf der POLARIS auch
die Sonnenzeit, also die wahre Ortszeit
(WOZ) des Standorts einstellen. Die WOZ
wird unmittelbar durch den Sonnenlauf
bestimmt. Es ist 12 Uhr wahre Ortszeit,
wenn die Sonne mittags ihren täglichen
Höchststand (Kulmination) erreicht und den
örtlichen Meridian (Mittagslinie) passiert.
Also fällt dann der Schatten genau auf den
Längengrad, auf dem sich der eingestellte
Standort befindet. Dementsprechend bringen wir auf unserer Sonnenuhr 12 Uhr mit
der Mittagslinie zur Deckung. Das bedeutet:
Wir drehen den Zeitring, bis der Strich unter
12 Uhr auf die Mittagsmarke zeigt (Bild 5).
Dort bleibt er ganzjährig zur Anzeige der
WOZ stehen, eine datumsabhängige Einstellung wie die Zeitgleichung gibt es nicht. Die
Wie Sie die POLARIS außerhalb des Breitengradbereichs 35° - 70° aufstellen können, ist
in dem Informationsblatt „Einrichtung der
POLARIS Sonnenuhr für jeden Breitengrad“
beschrieben und auf unserer Internetseite
www.helios-sonnenuhren.de oder bei uns
erhältlich.
Wenden Sie sich direkt an uns, wenn Sie
Fragen zur Aufstellung und Bedienung der
Sonnenuhr haben. Sie erreichen uns unter
folgender Adresse:
HELIOS (EK)
Begasweg 3
D - 65195 Wiesbaden
Fon: +49 - (0)611 - 18 51 106
Fax: +49 - (0)611 - 59 83 29
E-Mail: info@helios-sonnenuhren.de
[7]
Zeitzonen
Länge Kurzz. Zeitzonen nördliche Hemisphäre Zeitv.
180°W -12 h
165°W NT Nome Time -11 h
150°W HST Hawaii Standard Time -10 h
135°W AKST Alaska Standard Time -9 h
120°W PST Pacific Standard Time -8 h
105°W MST Mountain Standard Time -7 h
90°W CST Central Standard Time -6 h
75°W EST Eastern Standard Time -5 h
60°W AST Atlantic Standard Time -4 h
45°W WGT Western Greenland Time -3 h
30°W -2 h
15°W AT Azores Time -1 h
0° GMT Greenwich Mean Time 0 h
15°O MEZ Mitteleuropäische Zeit +1 h
Länge Kurzz. Zeitzonen südliche Hemisphäre Zeitv.
180°W -12 h
165°W WST West Samoa Time -11 h
150°W TAHT Tahiti Time -10 h
135°W GAMT Gambier Time -9 h
120°W PST Pitcairn Standard Time -8 h
105°W -7 h
90°W GALT Galapagos Time -6 h
75°W PET Peru Time -5 h
60°W BOT Bolivia Time -4 h
45°W BRT Brazil Time -3 h
30°W GST South Georgia Time -2 h
15°W -1 h
0° UTC Universal Time Coordinated 0 h
15°O WAT West Africa Time +1 h
30°O EET Eastern European Time +2 h
45°O MSK Moscow Time +3 h
60°O GST Gulf Standard Time +4 h
75°O PKT Pakistan Time +5 h
90°O BDT Bangladesh Time +6 h
105°O ICT Indochina Time +7 h
120°O CST China Standard Time +8 h
135°O JST Japan Standard Time +9 h
150°O GST Guam Standard Time +10 h
165°O MAGT Magadan Standard Time +11 h
180°O ANAT Anadyr Time +12 h
30°O CAT Central Africa Time +2 h
45°O EAT East Africa Time +3 h
60°O MUT Mauritius Time +4 h
75°O +5 h
90°O MAWT Mawson Time +6 h
105°O WIT West Indonesia Time +7 h
120°O AWST Australian West. Stand. Time +8 h
135°O EIT East Indonesia Time +9 h
150°O AEST Australian East. Stand. Time +10 h
165°O NCT New Caledonia Time +11 h
180°O NZST New Zealand Standard Time +12 h
Zeitgleichung [min]
Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
1. -3 -14 -12 -4 3 2 -4 -6 0 10 16 11
5. -5 -14 -12 -3 3 2 -5 -6 1 12 16 9
10. -7 -14 -10 -1 4 1 -5 -5 3 13 16 7
15. -9 -14 -9 0 4 0 -6 -5 5 14 15 5
20. -11 -14 -8 1 4 -1 -6 -3 6 15 14 3
25. -12 -13 -6 2 3 -3 -7 -2 8 16 13 0
30. -13 -5 3 3 -4 -6 -1 10 16 11 -2
[8]
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